Ученые НГТУ научили 3D-принтер менять состав сплавов прямо во время 3D-печати

Нижегородский государственный технический университет имени Р. Е. Алексеева получил патент на полезную модель «Модуль подачи нанопорошка в область активной наплавки в процессе аддитивного электродугового выращивания». Разработанная система позволяет менять легирующие добавки на лету и получать изделия с градиентными физико-механическими свойствами.

Технология WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) — метод 3D-печати, основанный на электродуговом наплавлении металлической проволоки. Для улучшения свойств металла на определенных участках в расплав вводят легирующие порошки, однако до сих пор смена порошка требовала остановки процесса и ручной переналадки оборудования. Это существенно ограничивало возможности создания деталей со сложным составом и делало невозможным оперативное комбинирование различных легирующих добавок в ходе одного цикла 3D-печати.

Запатентованный модуль устраняет это ограничение. Устройство представляет собой автоматизированную систему с полуавтоматическим управлением, которая доставляет, дозирует и смешивает разные виды нанопорошков непосредственно в процессе 3D-печати без остановки и ручного вмешательства, сообщает пресс-служба НГТУ имени Алексеева.

Конструкция включает несколько автоматизированных бункерных ячеек, каждая из которых содержит отдельный вид нанопорошка. Ячейки оснащены инжекторами, соединенными через расходомеры с системой приводных дросселей, которая распределяет поток транспортировочного газа. Газопорошковые смеси из разных бункеров поступают в смеситель, а затем через сопло с регулируемым углом и положением распыления подаются непосредственно в сварочную ванну. Приводная система регулировки транспортировочного газа состоит из подготовительно-предохранительного контура и бункерной ячейки, соединенных ручным вентилем.

«Нанопорошок обеспечивает более равномерное распределение легирующей добавки в формируемом металле при нагреве. Это дает более высокие показатели прочности сплавов без потери пластичности. За счет такого устройства теперь можно создавать детали с разными данными прочности и пластичности из одного сплава», — рассказал доцент кафедры технологии и оборудования машиностроения НГТУ Максим Аносов.

Главный результат — возможность создания функционально-градиентные материалов, то есть изделий, у которых физико-механические свойства целенаправленно меняются от участка к участку. Подверженные максимальным нагрузкам зоны получают повышенную прочность за счет локального изменения химического состава, в то время как другие участки сохраняют необходимую пластичность. Все это достигается в ходе одного непрерывного цикла 3D-печати, без переналадки оборудования.

Модуль может функционировать как самостоятельное устройство и интегрироваться в уже существующие 3D-принтеры с помощью переходных фланцев.

«Наша модель относится к порошковой металлургии, в частности к устройству подачи порошка в зону наплавки в процессе аддитивного выращивания. Она может использоваться в машиностроении, а также в других отраслях, где важно получать прочные и легкие конструкции», — пояснил Максим Аносов.

Технология уже прошла практическую проверку. Первой деталью, напечатанной с использованием нового модуля, стала плита с внутренним охлаждением, изготовленная для компании «ВР Роботикс».

«За счет новой технологии металлоемкость снижена в полтора раза, а себестоимость изготовления — почти в два раза», — рассказал Максим Аносов.

Разработчики планируют добиться полной автоматизации технологии и внедрения в станочные комплексы. Конечная цель — создание рабочих мест, на которых по 3D-модели можно будет оперативно изготавливать детали с практически любыми требуемыми показателями прочности и пластичности.

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.