Eng
Rus
Дмитрий Трушников,
директор ООО «Иксвелд»
Андрей Рипецкий,
генеральный директор ООО «Аддитивные технологии»
Сергей Зеленов,
технический директор ООО «Аддитивные технологии»
Развитие аддитивных технологий обычно связывают с выбором источника энергии, присадочного материала, производительностью и свойствами получаемого металла. Однако при переходе от лабораторных экспериментов к промышленному применению становится ясно: программное обеспечение (ПО) для подготовки траекторий играет не меньшую роль. Для проволочной наплавки это особенно актуально. В отличие от порошковых процессов послойного сплавления, где изделие формируется тонкими слоями, здесь каждый проход напрямую влияет на заполнение объёма, локальное тепловложение, перекрытие валиков, сплошность материала, качество поверхности и объём последующей механообработки. Качество детали, получаемой проволочной наплавкой, зависит не только от оборудования и режимов, но и от того, насколько точно геометрическая модель превращается в реальную траекторию движения головки.
По сути, слайсинг перестаёт быть просто преобразованием STL-модели в набор линий — он становится частью самой технологии изготовления детали. От алгоритма генерации траектории зависит не только форма изделия, но и распределение тепла, длина проходов, термические циклы и в конечном итоге структура материала.
Особенно остро эта проблема встаёт при работе со сложной геометрией, переменным сечением, пространственно искривлёнными элементами или наплавкой на неплоские поверхности. Стандартный плоский послойный подход в таких случаях часто оказывается недостаточным. Требуется непланарное формирование траекторий, управление ориентацией инструмента, адаптация ширины заполнения и согласование программы с реальным поведением расплавленного металла.
В статье рассматривается специализированное ПО, разработанное совместно с ООО «ИксВелд», в основе которого лежит программный комплекс «Глайсер» ООО «Аддитивные технологии», более десяти лет применяемый для решения различных задач аддитивного производства. Важно, что это не универсальный слайсер «на все случаи», а инструмент, изначально заточенный под реальную технологию лазерной проволочной наплавки с системой обратной связи по подаче проволоки.
Структура и функциональные возможности разработанного программного комплекса
Разработанный программный комплекс включает модуль «Неплоский слайсер» и дополнительный модуль моделирования роботизированных и многокоординатных процессов наплавки. Его базовая задача состоит в генерации траекторий движения рабочего инструмента в процессе аддитивного производства наплавкой проволочных материалов.
Базовый функционал включает загрузку объектов в формате STL, линейные преобразования моделей, а также послойное отображение траекторий в режиме ломаных с нормалями и в виде объёмного заполнения. Однако основное значение имеют расширенные функции технологической подготовки. В программном комплексе предусмотрены задание постоянной и переменной высоты слоя, в том числе для неплоского случая; задание базовой поверхности наплавки, включая плоскую поверхность рабочего стола или произвольную неплоскую поверхность; различные способы деления модели на слои, включая планарные и непланарные; регулирование ширины слоя и шага между соседними рабочими проходами; задание отступа между внешним контуром и внутренним заполнением; смещение периметров внутрь модели; автоматическое дозаполнение пустот; задание угла наклона рабочего инструмента в различных режимах; автоматизированная постобработка траекторий; различные схемы заполнения замкнутых контуров; формирование периметров с ручным или автоматическим выбором точки начала; задание жертвенных слоёв; автоматическое формирование припуска под последующую механическую обработку.
Поддерживаются режимы 2+1 ось, 2+1+3 оси и 6 осей. Дополнительный модуль позволяет также реализовывать режимы 3+1 и 3+2 оси, осуществлять визуализацию движения рабочего инструмента и процесса заполнения, загружать параметры оборудования и модели исполнительных механизмов, а также отображать параметры процесса наплавки, включая скорости перемещения инструмента и подачи металла.
С инженерной точки зрения наиболее важной особенностью данного ПО является то, что оно ориентировано не только на построение формально корректной траектории, но и на подготовку траектории, пригодной для реального многокоординатного проволочного процесса.
Непланарный слайсинг как технологически необходимое решение
Одна из главных особенностей разработанного ПО — возможность непланарного слайсинга. В этом режиме слой формируется не как плоское сечение по оси Z, а как поверхность, эквидистантная реальной геометрии детали или базовой поверхности.
Такой подход особенно востребован при наплавке на неплоские поверхности, роботизированной обработке, использовании дополнительных осей вращения/наклона, а также в случаях, когда плоский слайсинг приводит к неравномерному тепловложению и ухудшению структуры.
Технологическое преимущество непланарного слайсинга в том, что наплавка идёт эквидистантно исходной поверхности. Благодаря этому тепло распределяется равномернее, исчезают короткие участки с локальным перегревом, выравниваются термические циклы и скорости охлаждения. В результате материал затвердевает в более стабильных условиях.
Важно понимать: для проволочной наплавки непланарный слайсинг — это не просто геометрическая функция. Он работает по-настоящему только тогда, когда вся технологическая система способна устойчиво выдерживать неплоскую траекторию и сохранять постоянную высоту слоя.
Сочетание специализированного слайсера с технологией лазерной проволочной наплавки
Принципиальной особенностью рассматриваемого подхода является не только наличие специализированного программного обеспечения, разработанного ООО «Аддитивные технологии», но и его согласованность с собственной технологией лазерной проволочной наплавки, используемой в ООО «ИксВелд».
В данной технологии применяется система обратной связи, управляющая подачей присадочного материала таким образом, чтобы обеспечивать стабильность формирования металла и постоянство высоты слоя. Именно этот контур управления делает практически реализуемым непланарный режим построения. Если в ряде других систем плоский слайсинг ещё может компенсироваться за счёт дополнительных измерений, сканирующих устройств или последующей коррекции процесса, то при неплоской наплавке подобный контроль существенно усложняется.
При непланарном построении задача становится сложнее: фактическая геометрия должна следовать за пространственно сложной траекторией наплавочной головки, а любая нестабильность формирования валика приводит не только к локальной погрешности, но и к накоплению отклонений по сложной поверхности. В этих условиях последующий контроль и коррекция становятся значительно более трудоёмкими.
В рассматриваемой системе эта проблема в значительной степени снимается за счёт самой организации процесса. Высота слоя автоматически поддерживается системой обратной связи независимо от того, формируется ли слой по плоской или по неплоской траектории. За счёт этого геометрия изделия устойчиво следует за движением наплавочной головки, а непланарный слайсинг превращается из расчётной функции в реально работающий технологический инструмент.
Таким образом, наибольшую практическую ценность представляет не сам по себе слайсер и не сама по себе наплавочная установка, а их интеграция в единый технологический комплекс, в котором алгоритмы генерации траекторий и замкнутый контур управления формированием слоя работают согласованно.
Генерация траекторий для шнеков переменного сечения
Одним из прикладных примеров применения разработанного программного обеспечения является генерация траекторий для наплавки шнеков (рис. 1). Данный тип изделий представляет собой характерную задачу, в которой стандартный слайсинг оказывается недостаточным из-за переменной толщины сечения винтовой части.
Рис. 1. Выращенный дуговой проволочной наплавкой шнек из нержавеющей хромоникелевой стали и пример генерации траекторий для наплавки шнека переменного сечения
Если использовать простую схему заполнения с постоянной шириной проходов, то обеспечить точное соответствие заданной геометрии по всей длине шнека становится затруднительно. В разработанном программном обеспечении эта задача решается автоматически: ширина заполнения изменяется в соответствии с локальной геометрией изделия так, чтобы воспроизводить требуемую форму винтовой части.
С практической точки зрения это позволяет существенно сократить трудоёмкость подготовки управляющей программы и одновременно уменьшить необходимость последующей коррекции геометрии за счёт механической обработки. Для проволочной наплавки, где ширина валика и перекрытие проходов напрямую влияют на итоговую форму изделия, такая функция имеет принципиальное значение.
Генерация траекторий для лопаток при лазерной проволочной наплавке
Вторым важным направлением применения разработанного ПО является изготовление лопаток методом лазерной проволочной наплавки. В этом случае используется траектория с внешним контуром, который затем заполняется колебательными движениями инструмента, то есть растром переменной ширины. Ширина заполнения при этом ограничивается геометрией лопатки и адаптируется к изменению ширины пера.
Такой подход позволяет более точно воспроизводить форму детали, уменьшать вероятность образования пустот и локального переизбытка материала, а также рационально согласовывать внешний контур с внутренним заполнением. Для лопаток это особенно важно, поскольку речь идёт не только о формообразовании, но и о качестве поверхности, сплошности металла и механических характеристиках.
Использование такой стратегии построения позволяет обеспечивать качество поверхности на уровне порядка
10–15 мкм, а также получать высокую плотность и благоприятные свойства материала. Тем самым становится возможным существенно ограничить объём последующей финишной обработки.
Лопатки для промышленной и горной вентиляции как прикладной кейс
Одним из показательных примеров применения лазерной проволочной наплавки и специализированного слайсинга является изготовление лопаток для промышленной и горной вентиляции (рис. 2). В данном случае технология позволяет формировать изделие с минимальным припуском на рабочих поверхностях и с увеличенным припуском на посадочных поверхностях.
Рис. 2. Лопатка для промышленной вентиляции после лазерной проволочной наплавки и частичной финишной обработки и пример траектории с внешним контуром и заполнением растром переменной ширины при наплавке лопатки
Такой подход даёт существенный технологический эффект. Теоретически рабочие поверхности лопатки могут быть полностью обработаны на четырёх- или пятикоординатных фрезерных станках. Однако это требует увеличения припуска и приводит к длительной и дорогостоящей обработке. При достигнутом качестве поверхности и точности выращивания окончательная доводка пера лопатки может быть выполнена ручной слесарной обработкой, а механическая обработка концентрируется преимущественно на посадочных поверхностях.
На практике это означает, что внешняя геометрия изделия формируется в значительной степени уже на стадии наплавки, а последующая механообработка используется только там, где она действительно необходима. Для отраслевых применений это имеет принципиальное значение, поскольку позволяет снизить трудоёмкость и стоимость получения деталей сложной формы.
Для таких лопаток были получены хорошие результаты как при использовании коррозионно-стойких сталей, например 20Х13, так и при работе с титановыми сплавами. После соответствующей термической обработки материал, сформированный методом лазерной проволочной наплавки, демонстрирует механические свойства на уровне, сопоставимом с коваными полуфабрикатами. Для изделий, работающих в условиях динамических нагрузок, коррозионного и абразивного воздействия, это имеет принципиальное значение.
Непланарный слайсинг при ремонтной наплавке лопаток компрессора из сплава ВТ6
Преимущества непланарного слайсинга особенно заметны при ремонте лопаток компрессора из титанового сплава ВТ6 (рис. 3). Повреждённый участок удаляют, а на его месте наплавляют заготовку под последующую механическую обработку. Это позволяет восстановить колесо без замены всего узла.
Рис. 3. Пример ремонтной наплавки лопатки компрессора из сплава ВТ6 с использованием непланарного слайсинга
Главная сложность — неплоская поверхность диска. При обычном плоском слайсинге в начале наплавки появляются короткие проходы, которые вызывают локальный перегрев. Для чувствительного к тепловой истории ВТ6 это может привести к нежелательным изменениям структуры как в наплавке, так и в основном металле.
Непланарный слайсинг позволяет вести наплавку эквидистантно поверхности диска. Тепловые поля становятся равномернее, термические циклы выравниваются, и материал формируется в более благоприятных условиях.
Система обратной связи здесь играет решающую роль: она автоматически поддерживает высоту слоя, и наплавляемая поверхность устойчиво следует за траекторией головки даже в неплоском режиме.
Восстановительная наплавка как отдельная область применения специализированного слайсинга
Отдельной областью применения разработанного программного обеспечения является восстановительная наплавка (рис. 4). В отличие от выращивания новой детали, в данном случае траектория должна формироваться не относительно исходной плоской базы или полной CAD-модели изделия, а относительно существующей поверхности ремонтируемой детали. Это значительно усложняет задачу, поскольку необходимо учитывать локальную геометрию зоны восстановления, обеспечивать корректное сопряжение наплавляемого материала с основным металлом и одновременно формировать объём с припуском, достаточным для последующей механической обработки.
Рис. 4. Примеры генерации траекторий для восстановительной наплавки:
а) восстановительная наплавка лопатки;
б, в) формирование траекторий для восстановления элементов штамповой оснастки
Представленные примеры показывают, что специализированный слайсер позволяет решать такие задачи в автоматизированном режиме. На верхних изображениях приведён пример генерации траекторий для восстановительной наплавки лопатки. В данном случае программное обеспечение формирует объём наплавляемого материала в зоне повреждения с учётом геометрии исходной детали и требуемого припуска под последующую обработку. Для лопаточных изделий это особенно важно, поскольку позволяет локально восстанавливать повреждённую область без необходимости изготовления новой детали целиком.
На рис. 4б, 4в представлен пример подготовки траекторий для восстановительной наплавки профилированной зоны детали сложной формы. Показаны исходная геометрия, выделенные области восстановления и внутренняя структура сформированной траектории в ремонтируемом объёме. В таких задачах требуется не просто заполнить дефектную область металлом, а сформировать геометрию, согласованную с существующей поверхностью детали, ограничениями по ширине проходов, условиями подвода инструмента и припуском под дальнейшую механическую обработку.
С технологической точки зрения восстановительная наплавка особенно наглядно демонстрирует преимущество специализированного слайсинга. Если при изготовлении новой детали траектория строится по заранее заданной геометрии, то при ремонте необходимо работать с реальной, часто сложной и неплоской поверхностью, на которой формируется новый объём материала. В этих условиях стандартные схемы плоского послойного заполнения становятся малоэффективными, так как приводят либо к избыточному наплавлению, либо к ухудшению условий формирования поверхности и росту объёма последующей механообработки.
Использование специализированного ПО позволяет формировать наплавляемый объём как целевую восстанавливаемую геометрию, автоматически согласованную с исходной поверхностью детали. За счёт этого восстановительная наплавка переводится из режима ручной подстройки траекторий в режим воспроизводимого цифрового технологического процесса. Особенно важно, что в сочетании с системой обратной связи по формированию слоя это обеспечивает не только геометрически корректную траекторию, но и устойчивое воспроизведение заданной формы в реальном процессе наплавки.
Таким образом, восстановительная наплавка является ещё одним важным направлением, в котором совместное применение специализированного слайсера и технологии лазерной проволочной наплавки даёт практический промышленный результат.
Практическое значение для промышленного применения
Разработка специализированного ПО для проволочной наплавки позволяет решить одну из ключевых задач промышленного внедрения аддитивных технологий — перейти от единичных демонстрационных примеров к воспроизводимым технологическим маршрутам. Однако принципиально важно, что в рассматриваемом случае речь идёт не просто о программном продукте, а о связке программного и технологического решения.
Если оборудование, источник энергии и система подачи материала определяют принципиальную возможность формирования изделия, то программное обеспечение определяет, каким образом эта возможность реализуется для конкретной геометрии детали. В свою очередь, система обратной связи по формированию слоя делает возможным устойчивое воспроизведение тех траекторий, которые рассчитываются в непланарном и многокоординатном режимах.
Наибольшую практическую значимость такой подход имеет в тех задачах, где стандартный слайсинг оказывается недостаточным: при выращивании шнеков переменного сечения, при изготовлении лопаток, при ремонтной наплавке на неплоские поверхности, а также при роботизированной обработке в многокоординатных системах. Ремонт лопаток компрессора из ВТ6 демонстрирует, что непланарный слайсинг в паре с обратной связью позволяет уверенно работать на неплоских поверхностях с сохранением однородной структуры.
Именно здесь проявляется главный результат интеграции ПО и технологии: расчётная сложность траектории перестаёт быть ограничением и начинает использоваться как инструмент управления геометрией, тепловложением и структурой материала.
Выводы
Таким образом, в проволочном аддитивном производстве специализированное программное обеспечение перестаёт быть вспомогательным инструментом и становится полноценной частью технологического процесса.
Разработанный совместно ООО «ИксВелд» и ООО «Аддитивные технологии» программный комплекс позволяет генерировать траектории как в планарном, так и в непланарном режиме, поддерживает переменную высоту слоя, адаптивную ширину заполнения, многокоординатное управление и автоматизированную постобработку.
Наибольшую ценность имеет именно интеграция специализированного ПО и технологии лазерной проволочной наплавки в единый комплекс. Такой подход открывает путь к воспроизводимому изготовлению и ремонту деталей сложной формы в промышленных условиях.
ООО «ИксВелд»
+7 950 455 90 96
ООО «Аддитивные технологии»
+7 926 551 73 33
Источник журнал "Аддитивные технологии" № 2-2026
