Меню Рубрики

Установка послойного лазерного синтеза

Будущее лазеров: новые методы обработки материалов ускоряют создание деталей со сложной геометрией

Трудно поверить, но первый лазер появился всего 56 лет назад, в 1960 году. Уже в 1980–1990-е годы произошел резкий скачок в развитии лазерных технологий. И сегодня многие отрасли производства, в том числе машиностроительные, сложно представить без использования лазера. Но прогресс не стоит на месте, и в ближайшие годы большие надежды в авиастроении связаны с применением лазерных технологий при обработке различных конструкционных материалов.

Мы решили заглянуть в лаборатории и цеха Национального института авиационных технологий (НИАТ) на юге Москвы, где нашли применение лазеру при развитии самых разных технологических процессов — от синтеза деталей из металлического порошка до финишной обработки поверхности.

Большая часть современного оборудования, используемого для этих работ, разработана и изготовлена специалистами НИАТ.

Лазерный послойный синтез

Генеральный директор института Виталий Плихунов показывает один из самых интересных участков производства — установку, в камере которой происходит выращивание деталей с помощью технологии лазерного послойного синтеза. На платформе размером 250 на 250 миллиметров с помощью лазера можно выращивать различные детали из титана, алюминия или жаропрочных марок стали. Плавление исходного материала — металлического порошка — слой за слоем обеспечивает выращивание деталей в течение 6–8 часов. Всего при помощи технологии лазерного послойного синтеза для авиации в России выпускают несколько десятков различных деталей, в том числе лопатки газотурбинных двигателей, форсунки, корпусные детали и т. д. И это только начало.

Для выращивания будущей детали требуется ее 3D-модель, которая с помощью специальной программы разбивается на множество тонких слоев. Затем в камере установки требуемая деталь воссоздается путем переплавления лазерным излучением металлического порошка по всей площади каждого слоя формируемой детали. За один раз можно одновременно выращивать несколько разных деталей. Важно, чтобы дистанция между изделиями была не менее пяти миллиметров, — так гарантируется непопадание брызг расплавленного металла на соседние детали. Процесс происходит в камере, заполненной газом (в зависимости от сплава используют азот или аргон).

При необходимости изготовления деталей из другого материала на замену порошка в камере требуется всего 3–4 часа. За это время камера чистится при помощи специального пылесоса.

По словам заместителя директора научно-технического комплекса НИАТ Сергея Богданчука, использование лазера позволяет с высокой точностью изготавливать детали, которые вообще невозможно сделать с использованием традиционных технологий: литья или фрезерования, либо их производство занимает длительное время.

Послойный синтез незаменим при создании образцов для испытаний двигателей и агрегатов. Их изготовление при помощи традиционной фрезерной обработки занимает от нескольких недель до нескольких месяцев. Лазерный послойный синтез в зависимости от детали позволяет создать опытный образец всего за 4–12 часов. С учетом времени на финишную обработку — шлифовку — весь процесс изготовления детали укладывается в 1–2 рабочих дня. «Технология помогает сокращать время на подготовку детали к испытаниям с нескольких месяцев до нескольких дней, когда срочно требуется получить сложное технологическое изделие с учетом доработок после первичных испытаний», — говорит Сергей Богданчук.

Послойный синтез позволяет выпускать детали со сложной внутренней геометрией. При создании внутренних каналов топливных систем и систем охлаждения он обеспечивает необходимый уровень однородности металла, что недостижимо при традиционном литье, из-за чего до половины высокоточных деталей приходится отправлять в переплавку.

В последнее время благодаря появлению нового поколения оборудования (пока иностранного) стало возможным выращивание деталей большого размера. Также важно отметить, что в России начато производство металлических порошков. Все это позволяет утверждать, что лазерный послойный синтез прочно занял свою технологическую нишу в области промышленных технологий.

Одна из особенностей технологии послойного синтеза — необходимость последующей обработки поверхности. После выращивания детали часто требуется провести финишную доводку при помощи механообработки, обычно фрезерованием. Более современная технология — лазерная поверхностная обработка. Технологическим комплексом по лазерной поверхностной обработке, спроектированным и изготовленном в НИАТ, управляет Олег Орешкин, выпускник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Олег — один из многих молодых аспирантов института. За время работы в НИАТ он побывал на нескольких стажировках за рубежом, в том числе, во Фраунгоферовском институте лазерной техники в немецком городе Аахен.

Олег демонстрирует одну из наиболее важных операций — полирование поверхности детали при помощи лазерного луча. Лазер расплавляет металл на поверхности детали, а затем жидкая ванна расплавленного материала размером всего в несколько десятых долей миллиметра движется по поверхности вслед за движением луча.

Под действием сил поверхностного натяжения металл разглаживается. После затвердевания он формирует поверхность со значительно меньшей шероховатостью. При такой обработке не происходит значительного испарения металла, поэтому полирование поверхности можно производить без припуска на чистовую механообработку, без опасения «снять» слишком много материала.

Большая часть обрабатываемых деталей — высокоточные лопатки для авиадвигателей. Лазерная обработка изначально предназначена для поверхностей со сложным контуром, так как движение лазерного луча при современном уровне развития систем ЧПУ можно запрограммировать практически для любой поверхности. Лазер позволяет обрабатывать сложнодоступные места деталей, которые раньше не могли быть обработаны с помощью традиционных лезвийных и абразивных инструментов.

«В настоящее время появился ряд факторов, которые способствуют расширению применения лазерных технологий в промышленности. Существенное снижение стоимости источников лазерного излучения, наряду с развитием систем ЧПУ позволило сделать лазерные технологии более доступными там, где раньше использовались более традиционные методы обработки», — говорит Олег.

Лазерные технологии уже получили широкое распространение за рубежом. По некоторым данным, более 15 тыс. деталей Boeing 787 Dreamliner печатаются на 3D-принтере.

В Китае имеются мощности, позволяющие напечатать раму лобового стекла для авиалайнера Comac C919 всего за 55 дней при стоимости менее 200 тыс. долларов: европейские производители тратят как минимум два года и два миллиона долларов. В этом году китайские специалисты напечатали 5-метровый титановый центральный лонжерон крыла для пассажирского самолета Comac C919 весом 136 кг.
Пока в России лазер используется, в основном, при испытаниях и разработке прототипов деталей. Для того, чтобы лазер занял полноценное место в серийном выпуске деталей, требуется провести еще множество согласований и административной работы.


На фото: Участок механической обработки на «КАПО-Композит». Операция контроля геометрии детали с использованием лазерного трекера.

На предприятиях ОАК и у смежных организаций лазерные технологии все активнее появляются на самых разных участках производства. Это и резка стекла и металла, и измерения. Стыковка фюзеляжа и крыла для МС‑21 выполняется тоже с помощью лазера, что существенно повышает точность и безопасность этой операции.

Внедрение лазерных технологий в процессы сборки летательных аппаратов позволило реализовать стыковку самолета с отработкой органов управления и механизации крыла, контроль макрогеометрии планера. Контроль геометрических форм агрегатов также проводится с применением бесконтактных лазерных измерительных систем.

Читайте также:  Установка второй акб пассат

Широкое использование мобильных координатно-измерительных систем (лазерных трекеров), основанных на 3D-информации, в технологических процессах сборки летательных аппаратов позволяет проводить взаимную увязку не только агрегатов, но и сборочной оснастки. Это происходит за счет определения фактических координат базовых точек монтируемых элементов конструкции в пространстве и сравнения их с номинальными значениями, заданными в объемной электронной координатной модели. Так обеспечивается увеличение точности сборочных работ.

Что на сегодняшний день является основой качественного производства? На это есть несколько ответов — это и эффективное управление, и квалифицированный мотивированный персонал, и высокоточные отработанные технологии.

Рассмотрим лазерные технологии, применяемые на заводе «КАПО-Композит» в Казани. Продукция предприятия — композитные элементы механизации крыла воздушного судна и хвостового оперения. Изготавливаются изделия методом автоклавного формования. На этапе выкладки заготовок на оснастку применяются лазерные проекционные системы. Сам процесс по внешнему виду кажется простым — по проекции лучей на оснастке выкладываются заготовки препрегов (выкроенные куски углеродного материала, пропитанного смолой), клеевых пленок и сотового заполнителя. Однако чтобы выполнить эту простейшую операцию, предварительно выполняется огромная работа.

Для начала конструктор по техническому заданию разрабатывает электронную модель детали, закладывает для ее изготовления определенные материалы, составляет схему укладки слоев. Помимо полнотелой электронной модели, создаются послойные модели выкладки слоев детали на основе схемы укладки.
Дальше, утвержденная конструкторская документация с электронной моделью поступает на проработку к технологам. На этом этапе выбирается оснастка, выполняется расчет материалов, закладываются технологический маршрут изготовления детали.

После поступления математической модели к технологам по программированию выполняются важнейшие операции. Сначала разрабатываются программы раскроя для автоматизированного раскройного комплекса и программы выкладки для лазерной проекционной системы, которые увязаны между собой через математическую модель, разработанную конструктором. Разработка программы дело не простое, надо учесть базы для выкладки, порядок выкладки, особенности технологии.

Теперь, когда программы разработаны, происходит «зарождение элемента». Заготовки, раскроенные по программам, передаются на участок выкладки. Там лазерные проекторы, запрограммированные на определенную схему укладки слоев, подсвечивают место выкладки.

Высокая точность, абсолютная последовательность и низкое влияние «человеческого фактора» — вот основные плюсы современной лазерной системы проецирования. Их применение — абсолютно новый подход к производственному процессу по сравнению с прежней системой плазово-шаблонной выкладки.

Второе направление применения лазеров на «КАПО-Композит» — системы контроля и измерения, а именно лазерный трекер. Данное устройство вкупе с электронной моделью в конце 90-х — начале 2000-х годов перевернуло, казалось, навечно закрепившуюся технологию контроля изготовления оснастки и деталей по шаблонам.

Применение лазерного трекера значительно сократило время контроля для крупногабаритных деталей и оснастки. В несколько раз увеличилась точность позиционировния деталей и агрегатов в первую очередь на стапелях и сборочных станциях.

Облако точек, образуемое при контроле с использованием лазерного трекера в программном продукте, накладывается на математическую модель и производится автоматический расчет дельты отклонения. Фактически, специалист получает онлайн-карту соответствия детали конструкторской документации.

Развитие лазерных технологий на сегодняшний день находит широкое применение в авиастроении. Применение новых технологий, в том числе оборудования с лазерными системами, помогают изготавливать высококачественную продукцию. Остается вовремя отслеживать тенденции технического рынка и улучшать качество продукта за счет введения в производственный процесс прогрессивного, высокоточного оборудования и технологий на условиях внедрения новых конструкций в авиационной технике.

В отдел снабжения Летно-исследовательского института им. М. М. Громова поступает необычная заявка — табачная махорка, а в отделении № 6 из комнаты экспериментов по этажу разносится крепкий запах табачного дыма. При всем том, никто из сотрудников не курит. Табачный дым в данном случае — необходимый элемент для испытания нового датчика задымления для бортовых систем дымоизвещения.

«Летом этого года сотрудники ЛИИ им. М. М. Громова завершили работу по созданию датчика задымления для бортовых систем дымоизвещения нового поколения, — рассказывает заместитель начальника лаборатории Петр Кушев. — Новый датчик придет на смену приборам предыдущего поколения, разработанным еще в семидесятых годах прошлого века».

«Старые датчики задымления точечного типа для выявления дыма использовали фоторезисторы и излучение лампы накаливания, — добавляет разработчик Алексей Куценко, — настраивать их можно было на 20–50 процентов снижения прозрачности среды в объеме отсека рядом с сигнализатором. В салоне крупного самолета — например, на широкофюзеляжном Ил‑96 или в грузовой кабине военно-транспортного Ил‑76 — для надежной работы системы необходимо было установить до сорока подобных приборов».

Новый прибор ЛИИ им. М. М. Громова весом около килограмма использует для выявления задымления обратное рассеяние от лазерного излучения на частицах дыма. Использование лазера позволяет существенно улучшить безопасность.

С его помощью можно настраивать датчик на уровень прозрачности среды в объеме отсека 95–96 процентов, не хуже, а иногда и лучше, чем у импортных аналогов. Кроме того, для контроля салона и кабины крупного самолета можно обойтись использованием всего одного прибора. Из-за неравномерности распределения дыма по салону самолета датчикам предыдущего поколения иногда требовалось до 5–10 минут для выявления задымления (снижения прозрачности среды на 20–50 процентов). Датчик нового поколения выявляет опасность всего за несколько секунд.

Для проведения испытания в дымовой камере «раскуривают» около 200 граммов махорки. Но скоро им. М. М. Громова резко сократит закупки табака. Основные стендовые испытания проведены, следующий шаг — начало летных испытаний датчика задымления. А за ним недалеко и до начала промышленного производства.

источник

Метод послойного синтеза для формообразования деталей и узлов

1. Общие сведения о технологиях послойного синтеза (ТПС)

В процессе разработки новой продукции всегда возникает необходимость в опытных образцах, прототипах изделия или его отдельных деталей и узлов. Изготавливают прототипы по-разному: применяют сложные технологии, станки с ЧПУ, привлекают высококвалифицированный персонал. Но всё это требует задействования производственных мощностей, а главное, больших временных и материальных затрат.

Затраты на подготовку производства возрастают по мере продвижения к моменту выпуска изделия. Это связано с многочисленными корректировками конструкции деталей, оснастки, исправления ошибок и недоработок конструирования. Многократно сократить в 2–4 раза время подготовки производства и затраты возможно путём применения технологий послойного синтеза.

Можно выделить три основных направления применения технологий послойного синтеза:

  • изготовление эскизных макетов, дизайнерских или инженерных образцов (прототипов);
  • изготовление непосредственно инструмента для традиционных производственных процессов либо промежуточных средств для его производства;
  • непосредственное изготовление функциональных деталей.

Прототипы, выполненные методами ТПС, могут быть изготовлены из различных материалов: из пластиков, жидких смол,

специальных порошков, различных листовых материалов (бумаги, алюминия и др.). Процессы изготовления прототипов автоматизированы и позволяют получать качественные и сравнительно недорогие изделия в течение нескольких часов, а не дней или недель по традиционной технологии.

Читайте также:  Установка бесплатного тв на смарт тв

Технологии послойного синтеза позволяют изготавливать полностью завершенные изделия. Такие технологии являются идеальным решением в условиях мелкосерийного производства. При малых и средних объёмах производства с помощью технологии послойного синтеза можно изготавливать пресс-формы для литья по выплавляемым моделям. Прочность и жесткость полученных пресс- форм обеспечивает их успешное использование для вакуумного литья пластмассовых и гипсовых изделий.

Область применения технологии послойного синтеза весьма обширна (рис. 1).

Рисунок 1 – Области применения технологий послойного синтеза

Основное отличие технологий послойного синтеза от традиционных заключается в том, что прототип или изделие создается не отделением материала от заготовки, а послойным наращиванием (добавлением) материала, составляющего изделия: пластиков, жидких смол, порошков, листов.

Процесс изготовления изделий методами послойного синтеза в упрощенном виде заключается в следующем:

    • разрабатывается трехмерная математическая модель поверхности изделия;
    • с помощью специальных программ трёхмерная модель пошагово разбивается на горизонтальные сечения (слои).
    • производится физическая реализация каждого слоя, при этом слои последовательно соединяются друг с другом до полного формообразования изделия.

Формообразование осуществляется методами: лазерной печати с использованием фотополимеров (лазерная стереолитография); лазерного ламинирования листового материала; струйной печати с использованием разогретого термопластика, или фотополимера; струйной печати склеиванием порошков.

2. Лазерные технологии послойного синтеза

2.1 Лазерная стереолитография

Основой стереолитографии является локальное изменение фазового состояния однородной среды, т. е. переход жидкости в твёрдое тело в заданном объёме путём фотополимеризации. Суть процесса состоит в создании с помощью лазерного излучения в жидкой реакционноспособной среде активных центров, которые, взаимодействуя с молекулами мономера, инициируют рост полимерных цепей, т. е. процесс полимеризации. Следствием полимеризации является образование твёрдого полимера. Поскольку активные центры появляются только в облученной области, то и полимеризация протекает в этой области, т. е. достигается пространственная селективная полимеризация.

Поглощение одного кванта энергии лазерного излучения приводит к полимеризации до 10000 молекул мономера, поэтому для полимеризации требуется невысокая мощность лазера.

Варьирование механических и физических свойств затвердевшего материала достигается изменением состава фотополимера.

Установки для лазерной стереолитографии включают следующие основные блоки: процессор построения сечений; управляющий процессор; камеру фотополимеризации и лазерный блок. Процессор построения сечений преобразует данные файла изделия в совокупность послойных сечений с заданным шагом. По данным этого файла управляющий процессор в течение всего процесса фотополимеризации контролирует перемещение механических узлов.

Схема установки для лазерной стереолитографии показана на рисунке 2. Камера фотополимеризации 1 представляет собой резервуар, заполняемый жидким полимером. Внутри него по командам управляющего процессора в вертикальном направлении перемещается подъёмник (элеватор) 6. В исходном состоянии зазор между рабочей поверхностью элеватора и поверхностью жидкого полимера равен толщине первого слоя отверждаемого полимера. С началом отверждения лазерный луч сканирует поверхность полимера в соответствии с текущими координатами изделия. После того, как лазерный луч полностью отсканирует первый слой, элеватор опускается на один уровень и процесс сканирования повторяется. После 8 завершения процесса отверждения по всей высоте изделие извлекается из резервуара и для обеспечения заданной прочности дополнительно обрабатывается мощным ультрафиолетовым облучением.

Рисунок 2 – Схема установки для лазерной стереолитографии: 1 – камера фотополимеризации; 2 – жидкий фотополимер; 3 – лазер; 4 – система сканирования; 5 – луч лазера; 6 – подъемник (элеватор); 7 – опорный элемент; 8 – изделие

В процессе отверждения материал переходит из жидкого состояния в твёрдое. При этом уменьшается объём материала. В результате в изделии возникают внутренние напряжения. Обычно они компенсируются прочностными свойствами самого материала. С целью минимизации внутренних напряжений необходимо избегать резких перепадов размеров изделия.

Вызывает технологические затруднения формообразование выступающих частей изделия. Толщина каждого слоя изделия составляет 0,15–0,025 мм. По сути это тонкая плёнка с незначительной прочностью и легко может быть разрушена даже гидродинамическими течениями фотополимера при движении подъёмника. Поэтому выступающие части формируются на специальных технологических подпорках 7, которые отверждаются лазером вместе с изделием в виде тонких поддерживающих стенок и предотвращают разрушение слоёв выступающих частей. Технологические подпорки после завершения изготовления удаляются.

Качество поверхности стереолитографических моделей весьма высокое, и часто изделие не требует доработки. Фотополимер хорошо

обрабатывается, и поверхность изделия может быть доведена до зеркальной. Размеры изделий ограничиваются габаритами рабочей камеры и могут достигать величины 1500×750×50 мм. Для получения более крупных изделий изготовляют отдельные блоки с последующим склеиванием.

2.2 Лазерное спекание

Суть процесса состоит в использовании лазера в качестве источника нагрева и спекания частиц порошкового материала. Схема для реализации процесса представлена на рисунке 3. Луч лазера 7 через оптическую систему зеркал и линз 5, 6 направляется через центральное отверстие внутреннего сопла 4 на поверхность координатного стола 1.

Порошковый материал буферным газом транспортируется из бункера 9, систему трубопроводов 10 в наружное сопло 3 и распределяется на координатном столе 1. Одновременно через внутреннее сопло 4 в зону контакта луча лазера с порошком подается защитный газ, который экранирует зону спекания от атмосферного кислорода и обеспечивает высокую выравниваемость поверхности.

Изначально расстояние между торцом сопла и поверхностью координатного стола равно толщине слоя. Координатный стол управляется процессором построения сечений и перемещается относительно луча лазера в соответствии с текущими координатами. Под действием луча лазера происходит локальное спекание частиц порошка, которое распространяется на всю поверхность слоя. Затем координатный стол циклически опускается на толщину последующего слоя, и процесс продолжается до полного завершения спекания по всей высоте изделия.

Основным достоинством технологии является ее многофункциональность. В качестве порошковых материалов могут быть использованы: металлы (сталь, титан, медные сплавы и др.); полимеры (полистирол, нейлон); глауконитовые пески. Возможна вариативность: полное расплавление, частичное плавление, жидкофазное спекание.

По этой технологии изготавливают изделия весьма ответственного назначения, например, турбинные лопатки сложной внутренней структуры из жаропрочной стали.

Рисунок 3 – Схема установки для послойного спекания порошковых материалов: 1 – координатный стол; 2 – изделие; 3 – наружное сопло; 4 – внутреннее сопло; 5 – фокусирующая линза; 6 – зеркало; 7 – лазер; 8 – баллоны с буферным газом; 9 – бункер; 10 – система трубопроводов

2.3 Лазерное ламинирование

Рабочим материалом при ламинировании служат листы бумаги с тонким полиэтиленовым покрытием, металлическая фольга, пластик и др. По аналогии с другими технологиями формообразование изделия производится послойно (рис. 4). Рабочий материал сматывается с рулона 3 и укладывается на подвижный стол 1.

Выравнивание материала на столе производится в процессе прокатывания разогретым валиком 4. Далее луч лазера 5 из управляющей головки 8 направляется на поверхность листа и вычерчивает контур сечения изделия, прорезая материал ровно на толщину одного слоя и процесс повторяется. Для упрощения удаления излишков бумаги выполняется сетка дополнительных разрезов между контуром детали и краями листа. После окончания процесса изделие оказывается заключенным внутри параллелепипеда из излишков бумаги. Эти излишки относительно легко удаляются вручную благодаря заблаговременно выполненной сетке дополнительных разрезов. Изделие по внешнему виду и механическим свойствам напоминают слоистый пластик или фанеру и легко обрабатываются.

Читайте также:  Установка пожарного крана dwg

Главным недостатком процесса является большое количество отходов, а так же необходимость ручной очистки готового изделия от остатков материала.

Рисунок 4 – Схема послойного лазерного ламинирования: 1 – подвижный стол; 2 – изделие; 3 – рулон исходного материала; 4 – валик; 5 – лазер; 6 – система зеркал; 7 – луч лазера; 8 – управляющая головка; 9 – рулон отходов

Достоинством изделий, полученных по технологии ламинирования, является надежность, устойчивость к деформациям, сравнительно низкая стоимость.

3. Технологии струйной трехмерной печати

3.1 Струйная печать с использованием фотополимера

В основу технологии положен принцип послойного нанесения двухкоординатной головкой 3 фотополимерных материалов (рис. 5). Первый слой наносится непосредственно на поверхность стола 1. Толщина слоя составляет порядка 16 мкм. Нанесённый слой полимеризуется ультрафиолетовой лампой, установленной на той же головке. Стол опускается на толщину последующего слоя и цикл повторяется.

Технология предполагает использование двух видов материалов: основного и поддерживающего. Основной материал предназначен для изготовления непосредственно изделия. Используются специально разработанные фотополимеры, акрилатные смолы с различными свойствами – жёсткие, эластичные, прозрачные, непрозрачные, цветные, а также материалы, пригодные для использования в медицинских целях. Для построения нависающих частей изделия применяются поддерживающие структуры, которые после построения изделия удаляются струей горячей воды.

Рисунок 5 – Схема струйной печати с использованием фотополимера: 1 – стол; 2 – изделие; 3 – струйная головка; 4, 5 – направляющие

Усовершенствованная технология позволяет использовать два различных типа фотополимеров одновременно. Двухкомпонентный процесс позволяет комбинировать материалы различными способами. При этом могут быть задействованы два различных твёрдых материала; два различных эластичных; комбинация прозрачных материалов и т. д. Две синхронизированные головки работают с каждым материалом, включая и материал поддержки. Заранее выбранная композиция компонентов наносится с помощью соответствующих сопел согласно расположению и типу материала. Это позволяет получать композиционный материал с заранее заданными свойствами.

3.2 Струйная печать с использованием твердеющего материала

Процесс печати заключается в следующем: нити диаметром около 1,25 мм сматываются из бобин 2 и через направляющие ролики 4 подаются в отверстия нагревающей головки (рис. 6). Нить в головке нагревается, переходит в полужидкое состояние и в процессе построчного сканирования наносится на поверхность стола. Процессор 3 управляет перемещением головки по двум координатам в горизонтальной плоскости и перемещением стола 7 в вертикальной. Одновременно процессор регулирует температуру материала в головке.

Слои наносятся друг на друга, соединяются между собой, отвердевают и таким образом формируется изделие. В качестве материала может быть использован практически любой промышленный термопластик, поликарбонат, воск, эластомер.

Многие установки позволяют применять несколько материалов путём смены бобин. Причём сменой бобин управляет процессор. Технология позволяет с достаточно высокой точностью производить полностью готовые к использованию изделия довольно больших размеров.

Рисунок 6 – Схема печати с использованием твердеющего материала: 1,2 – бобины соответственно с поддерживающим и конструкционным материалами; 3 – управляющий процессор; 4 – направляющие ролики; 5 – нагревающая головка; 6 – изделие; 7 – стол

Полученное изделие отличается гладкой, чистой, без рисок и царапин поверхностью с сохранением мельчайших элементов. Технология предоставляет широкие возможности для изготовления тонкостенных изделий со сложными внутренними полостями. Кроме того, возможно параллельное изготовление нескольких изделий, если они вписываются в рабочую зону установки.

Оборудование для реализации технологий удобно в эксплуатации, недорогое в облуживании и позволяет изготавливать изделия в течение нескольких часов. Для размещения оборудования не требуется никаких специальных условий; можно располагать в непосредственной близости от рабочих мест конструкторов и технологов. В процессе работы нет необходимости в контроле со стороны оператора, поэтому установки могут работать в ночное время и в выходные дни.

3.3 Струйная печать склеиванием

Сущность технологии заключается в нанесении порошкового материала на поверхность, выравнивании порошкового слоя по толщине и склеивании частиц порошка между собой. Схема реализации процесса представлена на рисунке 7. Исходный порошковый материал загружается в бункер 2, донная часть которого имеет возможность перемещаться в вертикальном направлении. В момент загрузки донная часть находится в крайнем нижнем положении, обеспечивая тем самым заполнение порошком всего объёма бункера.

Бункер и подвижный стол 5 разделяются стенкой 4, которая одновременно выполняет функцию горизонтального уровня. В начальный момент стол 5 опускается относительно уровня на толщину первого слоя, а донная часть бункера наоборот поднимается вверх таким образом, чтобы порошок в бункере находился выше уровня стенки. Выравнивающий ролик 3 перемещает тонкий слой порошка на поверхность стола и равномерно распределяет по поверхности стола на одном уровне со стенкой 4. Струйная головка 6 каплями наносит связующее вещество на склеиваемые частицы порошка в соответствии с конфигурацией слоя. Затем формируется последующий слой, и процесс повторяется до полного завершения изготовления изделия.

По окончании процесса незадействованный порошок удаляется, а изделие очищается от его остатков.

Для повышения прочности и улучшения внешнего вида изделие может быть пропитано различными материалами, например, воском, эпоксидными смолами, полиуретанами, клеевым составом.

Рисунок 7 – Схема струйной печати склеиванием: а – перемещение порошка из бункера на стол; б – выравнивание слоя порошка на столе; в – нанесение связующего вещества; г – возвращение в исходное положение элементов установки; 1 – подвижная донная часть бункера; 2 – бункер; 3 – валик; 4 – стенка; 5 – стол; 6 – струйная головка

Рассматриваемая технология обеспечивает изготовление изделий сложной формы без поддерживающих структур, поскольку все нависающие элементы фиксируются несвязанным порошком. Технология позволяет получать полноцветные крупные изделия в натуральную величину для оценки их внешнего вида и проверки пригодности для сборки.

3.4 Применение технологий послойного синтеза

Технологии послойного синтеза – это принципиально новые технологии, позволяющие изготавливать изделия практически любой формы без традиционных станков, инструментов, оснастки. При этом они обеспечивают резкое сокращение всего цикла создания изделия от возникновения идеи до выхода изделия на рынок. Без преувеличения можно утверждать, что технологии послойного синтеза – это прорывные технологии, которые изменят жизнь. Возможности этих технологий безграничны.

Авиация – ответственные детали компрессора газотурбинного двигателя, лопатки турбин и др.

Порошковая металлургия – изделия с постоянной и периодической (управляемой) пористостью; изделия с внутренними каналами охлаждения; функционально-градиентные изделия и др.

Изделия медицинского назначения: имплантат нижний челюсти с пористой структурой для насыщения лекарственными препаратами; модель коленного мениска; тазобедренный сустав и т. д.

Инструментальное производство в машиностроении: модели, оснастка, эластичные формы, металлополимерные формы и др.

источник

Добавить комментарий

Adblock
detector