Ученые ПНИПУ предложили решения по оптимизации 3D-печати металлами

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета выявили основные факторы, влияющие на качество 3D-печати металлических изделий методом электродугового наплавления присадочной проволоки (WAAM), и разработали конструкционные и программные решения, сообщает пресс-служба вуза. Это повысит уровень производства и качества получаемых деталей.

В отличие от традиционных методов производства, где доля отходов может достигать девяносто процентов, 3D-печать металлами позволяет существенно снижать потребление ресурсов. Энергозатраты также сокращаются, а масса конечных изделий может быть до шестидесяти процентов ниже, что особенно важно в таких отраслях, как авиационная промышленность. Эффективность аддитивных технологий часто снижается из-за проблем с контролем качества и стабильностью рабочих процессов.

Печать в промышленном WAAM 3D-принтере обычно осуществляет робот-манипулятор. Программируемый логический контроллер передает системе управления необходимые команды для регулирования работы. Основная функция механизма — непрерывная подача нужного объема проволоки из накопителя с требуемой скоростью, что осуществляется с помощью контроллера.

Ученые проанализировали процесс 3D-печати металлами и выявили основные факторы, снижающие качество изделий. Первый — деформация проволоки в изолирующем канале, приводящая к нарушению контакта с наплавляемой поверхностью. Второй — сдвиги слоев из-за неравномерного воздействия на расплавленный материал, что приводит к неоднородным образованиям и другим дефектам. Третий — изменение погонной энергии, затрачиваемой на длину сварного шва при плавлении металла. Это изменение повышает износ движущихся механизмов и компонентов принтера. Политехники предложили конструктивные решения для всех перечисленных проблем.

Скопление проволоки в изолирующем канале можно нивелировать, переместив подающий двигатель с роликами ближе к накопителю и добавив дополнительный компенсационный двигатель. Это снизит риск перенапряжения и стабилизирует процесс печати. Внедрение метода требует установки датчика заполнения для автоматизации процесса и повышения эффективности работы системы.

«В процессе аддитивного производства недопустимы остановки на переналадку процесса и изменения условий. Свойства формируемых материалов крайне чувствительны к параметрам термических циклов. При выращивании изделий из титанового сплава ВТ6 при несоблюдении стабильности скоростей охлаждения можно потерять в прочности материала до 100 МПа, а в пластичности — до десяти процентов», — рассказал доцент кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов Дмитрий Трушников.

«Чтобы минимизировать воздействие на материал и сдвиг высоты слоя, мы рекомендуем внедрить систему управления с искусственным интеллектом. Искусственный интеллект автоматически оптимизирует параметры наплавки на основе данных о структуре поверхности — регулирование температуры, скорости подачи материала, и так далее. Необходимо установить камеры для точного определения места возникновения дефекта и его коррекции на последующих слоях. Что касается изменения погонной энергии, проблема требует использования датчиков температуры для автоматической регулировки параметров производства», — рассказал доцент кафедры автоматики и телемеханики Игорь Безукладников.

Предложенные решения способствуют разработке более надежных и точных систем 3D-печати металлами, повышению эффективности аддитивного производства и качества изделий. Результаты исследования могут повысить конкурентоспособность компаний и стимулировать инновационные изменения в сфере отечественного производства металлических деталей.

Статья «Исследование современных методов процесса наплавки в 3D-принтерах» опубликована в журнале «Электротехника, информационные технологии, системы управления» № 2 за 2024 год. 

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.