Ученые Сибирского федерального университета разрабатывают аддитивную производственную технологию цифрового мультидугового наплавления металлической проволоки (Digital Multi-Arc Deposition, DMAD) для производства деталей со сложной геометрией путем управляемого наращивания слоев алюминиевого сплава, сообщает пресс-служба вуза.

«Набирают популярность аддитивные технологии, которые используют не порошок, а металлическую проволоку. Сейчас крупногабаритные изделия из алюминиевых сплавов делаются небольшими партиями, в основном из цельнолитых заготовок или крупногабаритных поковок с применением механической обработки. Это нерационально, поскольку значительная часть заготовки — до 60-80% — просто срезается. Уменьшить расход материала в несколько раз можно с помощью технологии прямого подвода энергии и материала — так называемой технологии «дуга + проволока» (Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM). Компоновочная схема оборудования для такой технологии существует в трeх вариантах: на базе роботов, а также консольных, портальных или с параллельной кинематикой компьютеризированных станков (ЧПУ). Такая технология, в отличие от порошковой, максимально подходит для использования в условиях космоса», — рассказывает профессор кафедры машиностроения Политехнического института СФУ Николай Довженко.

По словам ученого, проблемы, возникающие в процессе аддитивного производства изделий из алюминиевых сплавов, например пористость или невысокие механические свойства, можно преодолеть с помощью WAAM с регулируемыми энергозатратами. Также выгодно использовать адаптированные, в том числе кроссоверные (например, из компонентов космического мусора) или градиентно-функциональные сплавы. Соответственно, технология WAAM начинает стремиться к снижению тепловложения и повышению скорости послойного наплавления металла, то есть становится многоэлектродной и многодуговой.

«В СФУ решаются фундаментальные проблемы аддитивной технологии DMAD. В ее основе лежит трехмерное моделирование будущего изделия. Создается новое оборудование и программируемый алгоритм, с помощью которого происходит постепенное наплавление слоев с управляемым переносом металла. Это позволяет снижать подвод тепла к формируемым слоям изделий и сохранять высокую скорость наплавления», — поясняет Николай Довженко.

Особенность технологии DMAD состоит в применении двух и более проволок-электродов, в том числе из разных сплавов. С их помощью создается комбинированная дуга из дуг прямого и косвенного действия. Формировать объем переносимого металла помогают именно косвенные дуги между электродами — это позволяет значительно повышать эффективность процесса за счет перенаправления большей части тепла к подаваемому электродному материалу и уменьшения подводимого тепла в формируемые элементы изделия.

Первые эксперименты, проведенные на базе Политехнического института СФУ, показали, что технология способна обеспечить двух- или даже трехкратный рост производительности в сравнении с традиционным методом, использующим одну проволоку. Технология DMAD значительно увеличивает скорость наплавки: деталь со сложной геометрией формируется быстрее благодаря интенсивному наращиванию металла.

В сравнении с однопроволочной технологией процесс формирования и переноса капель расплавленного металла более сложен: причина в режимах подачи двух и более проволок, в том числе проволок различного химического состава. Для дальнейшего развития технологии и ее промышленного применения эти режимы необходимо оптимизировать.

Ученые СФУ заявляют, что в университете уже разработаны высокоэффективные процессы производства проволок-электродов из алюминиевых (в том числе новых — экономнолегированных скандием) сплавов методами литья в магнитный кристаллизатор и совмещенного непрерывного процесса литья-прокатки-прессования.

Источник