38

Исследования НИТУ «МИСиС» в аддитивной печати металлических деталей сложной формы

  •  © misis.ru

Инженеры НИТУ «МИСиС» предложили инновационную стратегию аддитивной печати металлических деталей сложной формы: найденные режимы печати ячеистых структур в их основе позволят снизить массу детали и придать ей особенные свойства — изделие получается прочным и при этом легким. В результате удалось уменьшить массу получаемых сложнофасонных деталей на 50%, сохранив их прочность, что перспективно для машиностроения и космических аппаратов.

Аддитивные технологии активно входят в современную индустрию, однако для конструкторов существует множество неизвестных аспектов в технологии производства и структурообразования материала. Например, так называемые регулярные ячеистые структуры в деталях двигателя или корпусных элементов автомобиля или ракеты могут нести нагрузки, аналогичные литым деталям, при этом весить вполовину меньше. Результат — уменьшение расхода топлива, нагрузки на дорожное полотно, снижение количества вредных выбросов в атмосферу, уменьшение количества металла для производства детали и т. д. Вопрос в том, как получать эти ячеистые структуры.

«Инженеры лаборатории «Гибридные аддитивные технологии» НИТУ «МИСиС» представили результаты исследований макро-, микроструктуры и механических свойств на растяжение и сжатие стальных ячеистых структур различной конфигурации, модели которых были подготовлены с использованием российского специализированного ПО для топологической оптимизации и изготовлены по технологии селективного лазерного плавления на российской 3D-установке, — рассказал руководитель группы директора института ЭкоТех, к.т.н. Андрей Травянов. Мы показали, что уровень механических свойств зависит от конфигурации ячеек, размеров их элементов и объема пустот. При этом мы рассчитали тип и конфигурацию ячеистых структур, при которых достигается максимальный уровень свойств.

Таким образом, у конструкторов-машиностроителей впервые появились точные данные о типах ячеистой структуры, соответствующих конкретной инженерной задаче: деталь с нужной прочностью и массой можно будет изготовить, используя определенный тип ячейки. У инженеров-аддитивщиков, в свою очередь, появилась технология изготовления этой детали на 3D-принтере с помощью селективного лазерного плавления.

Использование так называемого бионического дизайна — компьютерной топологической оптимизации — один из самых перспективных подходов современного инжиниринга. Это особый подход к проектированию, позволяющий найти для конструкции наилучшее распределение материала в заданной области для заданных нагрузок и условий работы. Проще говоря, абстрактная деталь представляет собой объемный массивный монолит, значительная часть материала которого не несет никакой функциональной нагрузки, то есть содержит, по сути, лишний металл. Нагрузку в нем несут, к примеру, всего порядка десяти точек креплений.

В результате оптимизации форма детали существенно усложняется — в данном случае получаются металлические соты, ячеистые структуры. Изготовить их традиционными методами, например литьем, просто невозможно, они слишком сложны. В этом случае единственный путь — использование аддитивных технологий послойной печати металлами, в частности, селективного лазерного плавления (selective laser melting). Способ отличается низкими затратами и возможностью создать изделие практически любой формы.

  •  © misis.ru

Полученные в НИТУ «МИСиС» образцы ячеистых структур, уже прошли лабораторные испытания и в ближайшее время поступят конструкторам компании-заказчика.

  •  © misis.ru

Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен и сделайте вашу ленту объективнее!

  • 3
    Нет аватара
    16.12.1801:47:02

    Чем больше узнаю про аддитивные технологии, тем все больше и больше влюбляюсь в них   

    • 3
      Сергей Перовский
      16.12.1802:23:30

      Тут, к сожалению, необходим еще один прорыв, пока не просматривающийся. Порошковая металлургия когда-то считалась очень перспективной, но не пошла в силу дороговизны порошка. Требования к материалу для селективного лазерного плавления еще выше: не просто порошок, а строго калиброванный.

      Пока не придумают, как готовить металлических порошок за три копейки, это останется технологией для уникальных изделий.

      • 2
        Denis Grabov
        16.12.1810:03:58

        А если придумают дешевые порошки, то еще надо будет придумать, как сделать производительность и скорость печати ну хотя равной одной тысячной от скорости литья.

        Мне представляются пенистые металлы очень интересной альтернативой печати.

        • 0
          Сергей Перовский
          17.12.1801:17:01

          Форсунки и лазеры относительно дешевые, можно поставить их тысячами и делать хоть ледокол. Малая производительность определяется сейчас минимальными заказами. Потому что дорого.

          Самое крупное, что знаю — гребной винт метрового диаметра. Прочность, как у кованного металла. Но цена…

      • 0
        Андрей Иванов
        17.12.1800:07:58

        Так здесь же вроде недавно писалось о подобном производстве!

  • 2
    Михаил Усоцкий
    16.12.1815:13:33

    Здорово, что в сфере аддитивной технологии печати наши не отстают от зарубежных, предлагая всё более совершенные технологии. Даже есть целый пласт сообщества людей в России, увлекающие подобными технологиями. Порой интересно читать достижения наших людей.

Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,