Аддитивные цепные реакции в производстве компонентов

0
58
METAV 2022 Эксперт. Металлообработка ru-metal.ru
Фото - Ростех

Стратегический проект 3D-печати металлических деталей — Ad-Proc-Add (расширенная обработка деталей, изготовленных аддитивным способом) запущен в Евросоюзе в 2019 году. Возглавляет исследование процессов изготовления деталей аддитивным способом Штутгартский институт станкостроения (IfW).

Одним из ключевых моментов в производственной цепочке аддитивных металлических материалов является постобработка. Как повлиять на свойства заготовки, адаптировав технологические цепочки ASM (Аддитивно-субтрактивные производственные процессы), чтобы заготовки соответствовали строгим техническим требованиям? Профессор Ханс-Кристиан Мёринг (Hans-Christian Möhring), директор IfW, даёт ответ на этот вопрос.

Современные приложения для аддитивного производства будут представлены на выставке METAV 2022, которая пройдет в Дюссельдорфе, Германия, с 21 по 24 июня.

Аддитивно-субтрактивные производственные процессы — сокращенно ASM – представляют собой «комплексную комбинацию генерации аддитивных компонентов с субтрактивной». Вся эта тема интересна из-за широкого спектра возможных материалов, процессов аддитивного производства и различных воздействий на компоненты.

METAV 2022 Эксперт. Металлообработка ru-metal.ru
Профессор Ханс-Кристиан Мёринг (Hans-Christian Möhring), директор Института станкостроения (IfW), Штутгарт: «Наши экспертные знания позволяют нам поддерживать всех участников в использовании аддитивно-субтрактивной технологической цепочки — от производителей машин и оборудования до конечных пользователей.
Фото: IfW
3D-печать почти всегда требует постобработки

Исследователи из Штутгарта применяют особый подход к 3D-печати. Для Мёринга его привлекательность заключается в том, что он открывает путь для новых дизайнерских решений, таких как интеграция функций, которые не могут быть достигнуты при использовании традиционных производственных процессов. Поэтому уже более трёх лет IfW работает над 3D-печатью компонентов из различных материалов. Но этот процесс также интересен с точки зрения обработки, поскольку, по данным IfW, более 90% компонентов, изготовленных аддитивным способом, требуют последующей обработки. Например, перед сборкой или установкой они должны соответствовать строгим требованиям к допускам.

«Поэтому, когда мы говорим об аддитивном производстве компонентов, в большинстве случаев мы имеем в виду цепочку аддитивно-субтрактивных процессов», — говорит Мёринг. Процессы 3D-печати должны быть оптимизированы, чтобы можно было повторно обрабатывать аддитивно сформированные материалы, а процессы обработки должны быть адаптированы к требованиям аддитивно изготовленных компонентов.

METAV 2022 Эксперт. Металлообработка ru-metal.ru
Международная сеть исследует новые процессы обработки для аддитивных компонентов в рамках проекта Ad-Proc-Add. Эти процессы включают взаимодействие с последующей обработкой.
Графика: Ad-Prod-Add
Сначала стратегические вопросы

Прежде чем сделать первый шаг в 3D-печати, необходимо ответить на ряд стратегических вопросов. Как расположить компоненты для печати в рабочей зоне аддитивной системы? Какие опорные конструкции следует использовать для эффективного создания детали в процессе 3D-печати?

Инженер-технолог напоминает потенциальным пользователям, что несущие конструкции также представляют собой тепловые мосты, влияющие на общую тепловую среду. «Какую стратегию я могу использовать для нанесения? Сколько энергии я должен использовать для преобразования аддитивного процесса? С какой скоростью надо наносить материал?» — по мнению Мёринга, важно учитывать все эти параметры, потому что они влияют на микроструктуру и плотность зерна. А параметры микроструктуры, в свою очередь, определяют, какие остаточные напряжения возникают в компоненте, что может оказать существенное влияние на более позднем этапе технологической цепочки. В худшем случае могут даже образоваться трещины.

Целенаправленное использование взаимодействий

Но те, кто знает, как влиять на такие свойства, могут производить компоненты с удивительными свойствами. «Мы намеренно напечатали высокопористые элементы, — сообщает Мёринг. – На самом деле, пористые материалы особенно подходят для опорных конструкций, которые необходимо удалить после наслоения. Это примеры полезных взаимодействий». Эта конструкция определяет начальные условия последующей постобработки металла. «В зависимости от микроструктуры аддитивно изготовленного компонента процесс обработки взаимодействует с ним на термомеханическом уровне. Затем в краевых зонах компонента возникает новая микроструктура, — сообщает исследователь из Штутгарта. — Все эти отношения необходимо было исследовать, чтобы мы могли понять и описать их». Благодаря этому новому пониманию взаимодействий в процессе ASM на свойства компонентов можно влиять более эффективно, чем раньше.

Гарантия качества

В рамках проекта также были разработаны методы мониторинга процессов и контроля качества. Цель заключалась в том, чтобы оптимально использовать синергию. Мёринг пока не разглашает никаких подробностей, но сделал несколько интересных намеков. Он считает, что технология измерения для процессов механической обработки является здесь полезным ориентиром. Не менее тщательно необходимо контролировать и анализировать аддитивный процесс. Важными он считает и методы анализа значительных остаточных напряжений в компонентах.

Однако команда проекта работает не только над лабораторными измерительными системами. Мёринг: «Мы также хотим интегрировать измерительные системы в машины и оборудование или в строительные платформы, чтобы наблюдать за фактической 3D-печатью компонента и возникающими физическими эффектами». Здесь в игру вступают цифровые инструменты. К ним относятся все, от цифрового мониторинга и управления процессами, искусственного интеллекта и машинного обучения до аналитических моделей, симуляций и цифровых двойников, основанных на физике.

Практические ноу-хау в METAV

Для Мёринга более важным, чем опыт работы с цифровыми инструментами, являются экспертные знания, приобретаемые в ходе проектов: «Это позволяет нам поддерживать всех, кто участвует в технологической цепочке ASM — всех, от производителей машин и оборудования до конечных пользователей». Цифровой сборник результатов проекта будет полезен инженерам-конструкторам и технологам, а также обслуживающему персоналу. Тем не менее, Мёринг вынужден огорчить заинтересованные стороны: «Результаты мы будем собирать до конца 2022 года». Промежуточные результаты исследования, связанные с аддитивным производством, будут представлены на выставке METAV 2022, которая пройдет в Дюссельдорфе с 21 по 24 июня. Выставка будет включать в себя специальную зону аддитивного производства, которая даст посетителям возможность принять участие в интенсивных дискуссиях с экспертами в этой области.

close