Москва, Россия
УДК 621.791.9 Процессы, родственные сварке
Представлен десятилетний путь развития от первых установок до современного комплекса, спроектированного и изготовленного полностью на отечественных комплектующих, включая программное обеспечение и оптическую систему. Первая установка СЛП-110, изготовленная в 2016 г. имела объем построения 110×110×200 мм. В течение ряда лет были выполнены многочисленные научно-исследовательские работы, послужившие основой разработки технологических процессов выращивания деталей и узлов из различных металлических порошков. В последующих разработках объем, выращиваемых изделий был увеличен до 250×250×300 мм. В результате выполненных НИОКР была спроектирована и изготовлена более совершенная установка СЛП-250. В этой установке с помощью системы датчиков предусмотрен полный автоматический контроль и управление параметрами процесса при длительной непрерывной многосуточной работе комплекса с обеспечением высокой надежности и стабильности. Ряд установок успешно эксплуатируются в нашей промышленности в производстве сложных изделий из разнообразных металлических, керамических и композиционных порошков, выпускаемых в нашей стране. Следующим этапом развития аддитивного производства является организация участков по изготовлению деталей на основе аддитивных комплексов и периферийного оборудования. Необходимо организовать в нашей стране серийный выпуск имеющихся установок и разрабатывать оборудование, обеспечивающее увеличение производительности процесса
аддитивная технология, оборудование, кинематика, основные узлы, система управления, программное обеспечение
Технологические процессы выращивания деталей и узлов металлических изделий являются по существу развитием и усовершенствованием технологии наплавки. Эти процессы объединены под названием аддитивные технологии изготовления металлических конструкций. Классификация аддитивных технологий производства изделий из металлических материалов и сложившаяся резкообразная терминология представлены в работе [1]. Это в основном технологии аддитивного производства дуговой наплавкой проволочных материалов, плазменные технологии, электронно-лучевые, лазерные.
В МГТУ им. Н. Э. Баумана и в организованном при университете малом предприятии «Московский центр лазерной технологии (МЦЛТ)» изготавливаются лазерные технологии селективного сплавления металлических порошков (СЛП) и прямого лазерного осаждения подачей порошка коаксильно лазерному лучу (КЛП).
Была изготовлена отечественная установка селективного лазерного плавления СЛП-110 (рис. 1) с объемом построения 110×110×200 мм [2]. В этой установке использованы порошки из различных металлов и сплавов российского производства. Проектирование этой установки выполнено на уровне современных представлений о «цифровизации» сложного высокоточного оборудования с программным управлением целого ряда параметров процесса. Источником излучения является иттербиевый волоконный технологический лазер. Сплавление порошка осуществляется в герметичной камере, из которой откачивают воздух и заполняют защитным газом. Специализированное программное обеспечение через единый интерфейс обеспечивает полный контроль и управление параметрами процесса выращивания. Обязательным условием при длительной непрерывной многочасовой работе установки является ее стабильность и надежность.
Полученные данные по многолетней эксплуатации комплекса СЛП-110 (рис. 2, а), а также разработанные многочисленные технологические процессы выращивания образцов и деталей из разнообразных порошковых материалов послужили основой дальнейших исследований по разработке более совершенной конструкции установки селективного лазерного плавления СЛП-250 (рис. 2, б).
Установка СЛП-250 предназначена для полностью автоматизированного производства, не только единичного, но и серийного, из металлических, керамических и композиционных порошков. Данная установка может использоваться также для отработки режимов сплавления с целью получения оптимальных физико-механических характеристик деталей и узлов конструкций. Размер рабочей зоны (Д×Ш×В) 250×250×300 мм.
Используется иттербиевый волоконный лазер мощностью 400 Вт, обеспечивающий производительность до 30 см3/ч при толщине выращиваемого слоя от 20 до 200 мкм в зависимости от материала и режима построения. Габариты комплекса составляют 2450×1550×1930 мм.
Процесс выращивания осуществляется в герметичной камере с контролируемой атмосферой и системой удаления из камеры побочных продуктов плавления. Технологический процесс программируется на стадии обработки трехмерной модели детали с возможностью выполнения эмуляции всего процесса. Очень важным условием, расширяющим возможности аддитивного производства, является возможность корректировки детали в ходе ее выращивания.
Следующим поколением оборудования, разработанного специалистами Московского центра лазерных технологий, является комплекс СЛП-250Б (рис. 2, в). При изготовлении этого комплекса практически полностью используются отечественные комплектующие. По своим технологическим характеристикам и качеству изготовления детали выращиванием комплекс не уступает зарубежным моделям аналогичного класса. Рекомендуется для использования в различных отраслях промышленности: судостроение, энергомашиностроение, приборостроение, авиастроение, ракетостроение, инструментальная и другие предприятия оборонно-промышленного комплекса.
Ряд установок СЛП успешно эксплуатируется в нашей промышленности в единичном, мелкосерийном и серийном производстве сложных изделий из разнообразных металлических, керамических и композиционных порошков, выпускаемых отечественной промышленостью. Серии комплексов СЛП, выпускаемых в настоящее время Московским центром лазерных технологий для промышленного применения, представлены на рис. 2.
Дальнейшим развитием аддитивного производства (АП) в отечественной промышленности является организация участков АП по изготовлению деталей и изделий методом селективного лазерного плавления, основой которых составляют аддитивные комплексы СЛП-250 и СЛП-250Б. Такой участок АП создан на ведущем предприятии страны с расположением оборудования, представленном на (рис. 3), и обеспечивающим полный производственный цикл получения изделия.
Для успешного широкого применения технологии аддитивного производства методом селективного лазерного плавления необходимо организовать в стране серийный выпуск имеющихся установок и разрабатывать оборудование для повышения производительности процесса [3].
1. Григорьянц А.Г, Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки: Учебное пособие для вузов / под редакцией А.Г. Григорьянца. М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2007. 669 с.
2. Wohlers T. Wohlers Report. ForCollins: Assoctates, INC, 2014. 276 р.
3. Лазерные аддитивные технологии в машиностроении: учебное пособие / А.Г. Григорьянца и др.; под редакцией А.Г. Григорьянца, М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018. 278 c.
4. Григорьянц А.Г., Казарян М.А, Лябин Н.А. Лазерная прецизионная микрообработка-материалов. М.: Физматма, 2017. 416 с.
5. Аддитивные технологии в производстве металлических конструкций: учебник / А.В. Щербаков, Д.А. Гапонова, А.П. Слива и др.; под редакцией А.Г. Григорьянца, В.К. Драгунова. М.: Издательство МЭИ, 2022. 676 с.
6. Голубев В.С., Лебедев Ф.В. Физические основы технологических лазеров: учеб. пособие для вузов. 3-е изд., стер. М.; Берлин: Директ-Медиа, 2021. 190 с. (Лазерная техника и технология: в 7кн. Кн. 1 / под ред. А.Г. Григорьянца).
7. Богданов А.В., Голубенко Ю.В. Волоконные технологические лазеры и их применение. учебное пособие. СПб.: Лань, 2016. 208 c.
8. Григорьянц А.Г. Устройство для выращивания изделий методом селективного лазерного плавления / Пат. на полезную модель № 167468, 29 октября 2015 г.
9. Колчанов Д.С., Григорьянц А.Г., Дренин А.А. Установка для выращивания изделий селективным лазерным плавлением / Патент на полезную модель №-185513, 24 апреля 2017 г.
10. Григорьянц А.Г., Колчанов Д.С., Дренин А.А., Денежкин_А.О. Установка для изготовления деталей селективным лазерным плавлением / Патент на изобретение № 2801360, 19 июля 2022 г.
11. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Оборудование для лазерной обработки / под ред. А.Г. Григорьянца. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2022. 285 с.
