ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

В отличие от традиционных методов удаления материала технологии быстрого прототипирования направлены на создание сложных изделий путём последовательного добавления материала (материалов). К настоящему времени известно большое количество методов быстрого прототипирования, которые отличаются применяемым материалом и способом формообразования изделия. Инновационным является метод селективного лазерного плавления физической копии различных объектов из металлов, сплавов и металломатричных композитных материалов для удовлетворения требований со стороны аэрокосмической, оборонной, автомобильной и биомедицинской промышленности. Важным направлением развития технологии селективного лазерного плавления является повышение качества формируемого изделия. Это является сложным многопараметрическим процессом, в котором можно выделить порядка 130 параметров, влияющих на конечный результат. В работе представлены результаты экспериментальных исследований влияния защитного газа аргона, механоактивации порошка и воздействия технологических режимов плавления: мощности лазерного излучения, скорости перемещения луча лазера, шага сканирования, предварительной температуры подогрева порошкового материала на шероховатость поверхности, полученной из медного порошкового материала методом селективного лазерного плавления. Эксперименты по плавлению медного порошка реализованы на установке послойного лазерного плавления оригинальной конструкции, которая позволяет регулировать все технологические режимы плавления. Шероховатость поверхности определена на цифровом бесконтактном микроскопе Olympus LEXT OLS4100. Получена математическая зависимость шероховатости поверхностного слоя из медного порошка от технологических режимов плавления на основе теории планирования эксперимента и статической обработки результатов. Определены значимые параметры режима – мощность лазерного излучения, скорость перемещения луча лазера, шаг сканирования, влияющие на шероховатость слоя, а также пределы ее изменения с 480 до 725 мкм при увеличении мощности с 14 до 30 Вт, скорости перемещения луча лазера 1400 мм/мин, температуре подогрева порошка 114 °С, шаге сканирования 0,2 мм; с 750 до 480 мкм – при увеличении скорости перемещения луча лазера с 200 до 3000 мм/мин, мощности 22 Вт, температуре подогрева порошка 114 °С, шаге сканирования 0,2 мм. Увеличение шага сканирования с 0,1 до 0,3 мм приводит к уменьшению шероховатости с 740 до 525 мкм при скорости перемещения луча лазера 3000 мм/мин, мощности 30 Вт, температуре подогрева порошка 200 °С. Показано положительное влияние защитной атмосферы и механоактивации порошкового материала на качество поверхностного слоя.

1. Beaman J.J., Deckard C.R. Selective laser sintering with assisted powder handling: patent 4938816 US. – Appl. date 03.07.1990.

2. Шишковский И.B. Селективное лазерное спекание и синтез функциональных структур: дис. … д-ра физ.-мат. наук: 01.04.17. – Самара, 2006. – 390 с.

3. Direct selective laser sintering of metals / M. Agarwala, D. Bourell, J. Beaman, H. Marcus, J. Barlow // Rapid Prototyping Journal. – 1995. – Vol. 1, iss. 1. – P. 26–36. – doi: 10.1108/13552549510078113.

4. Mumtaz K., Hopkinson N. Top surface and side roughness of Inconel 625 parts processed using selective laser melting // Rapid Prototyping Journal. – 2009. – Vol. 15, iss. 2. – P. 96–103. – doi: 10.1108/13552540910943397.

5. Integrative production technology for high-wage countries / ed. by C. Brecher. – Berlin: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2012. – 1096 p. – ISBN 978-3-642-21066-2. – doi: 10.1007/978-3-642-21067-9.

6. Gibson I., Rosen D.W., Stucker B. Additive manufacturing technologies: rapid prototyping to direct digital manufacturing. – New York, USA: Springer, 2009. – 459 p. – ISBN-10: 1441911197. – ISBN-13: 9781441911193.

7. Theoretical and experimental study on surface roughness of 316L stainless steel metal parts obtained through selective laser melting / D. Wang, Y. Liu, Y. Yang, D. Xiao // Rapid Prototyping Journal. – 2016. – Vol. 22, iss. 4. – P. 706–716. – doi: 10.1108/RPJ-06-2015-0078.

8. Cheng B., Shrestha S., Chou K. Stress and deformation evaluations of scanning strategy effect in selective laser melting // Additive Manufacturing. – 2016. – Vol. 12, pt. B. – P. 240–251. – doi: /10.1016/j.addma.2016.05.007.

9. Influences of processing parameters on surface roughness of Hastelloy X produced by selective laser melting / Y. Tian, D. Tomus, P. Rometsch, X. Wu // Additive Manufacturing. – 2017. – Vol. 13. – P. 103–112. – doi: 10.1016/j.addma.2016.10.010.

10. Lasers and materials in selective laser sintering / J. Kruth, X. Wang, T. Laoui, L. Froyen // Assembly Automation. – 2003. – Vol. 23, iss. 4. – P. 357–371. – doi: 10.1108/01445150310698652.

11. Jhabvala J., Boillat E., Glardon R. Study of the inter-particle necks in selective laser sintering // Rapid Prototyping Journal. – 2013. – Vol. 19, iss. 2. – P. 111–117. – doi: 10.1108/13552541311302969.

12. Selective laser melting of iron-based powder / J.P. Kruth, L. Froyen, J. Van Vaerenbergh, P. Mercelis, M. Rombouts, B. Lauwers // Journal of Materials Processing Technology. – 2004. – Vol. 149, iss. 1–3. – P. 616–622. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2003.11.051.

13. Saprykin A.A, Saprykina N.A. Engineering support for improving quality of layer-by-layer laser sintering // Proceedings – 2012 7th International Forum on Strategic Technology, IFOST 2012, Tomsk, 18–21 September 2012. – Tomsk, 2012. – P. 6357719. – doi: 10.1109/IFOST.2012.6357719.

14. Improvement of the sintered surface and bulk of the product via differentiating laser sintering (melting) modes / N.A. Saprykina, A.A. Saprykin, D.A. Arkhipova, I.F. Borovikov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 142, N 1. – P. 012089. – doi: 10.1088/1757-899X/142/1/012089.

15. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов. – М.: Машиностроение, 1981. – 184 c.