Пермские ученые исследовали ультразвуковое воздействие при 3D-печати металлами

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) провели исследование влияния вибрационного воздействия на геометрические размеры и макроструктуру материалов в процессе наплавления проволоки из алюминий-магниевого сплава, предварительно выполнив цифровое моделирование.

Гибридная аддитивная система по технологии плазменного наплавления металлической проволоки, разработанная ПНИПУ совместно с ПАО «Протон-ПМ», Центром электронно-лучевых и лазерных технологий и компаниями «Инкор» и «КАТ»

В ходе экспериментов созданы восемь одиночных металлических валиков с различным расположением источника ультразвукового колебания. По каждой из двух использованных технологий изготовлены четыре валика: сначала без воздействия ультразвуковых колебаний, потом с ультразвуковыми колебаниями горизонтально вдоль направления наплавления, далее горизонтально поперек направления наплавления, и вертикально, сообщает ПНИПУ в издании Naked Science.

Формирование образцов осуществлялось с использованием двух технологий — СМТ-дугового и плазменного наплавления проволочного материала. СМТ-дуговое наплавление (Cold Metal Transfer) — это процесс наплавления с меньшим нагревом подложки по сравнению с другими электродуговыми способами.

Макроструктура валиков при СМТ-наплавлении: без ультразвуковых колебаний (а), с ультразвуковыми колебаниями в направлении наплавления (б), с ультразвуковыми колебаниями поперек направления наплавления (в), с ультразвуковыми колебаниями в вертикальной плоскости (г). Участки с оксидной пленкой обозначены стрелками (стократное увеличение)

Ученые выяснили, что вибрационное воздействие действительно сказывается на геометрии изделий. При СМТ-наплавлении формируются более высокие валики меньшей ширины, а валики, полученные плазменной наплавкой, в полтора раза ниже, но более широкие.

«Результаты экспериментов показали хорошее совпадение на качественном уровне с результатами предварительного моделирования. Так же, как и в цифровой модели, наплавленные валики имеют наибольшую ширину при горизонтальных колебаниях поперек наплавления наплавки. При колебаниях подложки в вертикальной плоскости высота валика повышается вместе с уменьшением его ширины», — рассказывает научный сотрудник кафедры «Сварочное производство, метрология и технология материалов» Максим Карташев.

Исследователи также проанализировали макроструктуру наплавленного материала. Анализ показал, что при всех вариантах СМТ-наплавления, независимо от наличия и направления ультразвукового воздействия, по краям наплавленных валиков наблюдается нерасплавленная оксидная пленка, а при всех вариантах плазменного наплавления оксидная пленка полностью расплавляется.

Макроструктура валиков при плазменном наплавлении: без ультразвуковых колебаний (а), с ультразвуковыми колебаниями в направлении наплавления (б), с ультразвуковыми колебаниями поперек направления наплавления (в), с ультразвуковыми колебаниями в вертикальной плоскости (г)

Оксидная пленка — это прозрачная плотная пленка на поверхности металла, надежно защищающая от активного окисления, однако наличие оксидной пленки на поверхностях затрудняет сварку, из-за чего ее приходится удалять. Ученые выяснили, что вибрационное воздействие с торца поперек направления наплавления приводит к снижению количества пор в наплавленном металле. Ультразвуковое воздействие при плазменном наплавлении приводит к сокращению общего числа пор, но способствует укрупнению отдельных из них.

Исследование показывает перспективность ультразвукового воздействия в процессе наплавления с целью повышения размерной точности и снижения вероятности образования внутренних дефектов в алюминий-магниевых сплавах. Результаты опубликованы в журнале «Стин». 

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.