Fabricare aditivă a fasciculului catodic de sârmă

Fabricarea aditivă cu fascicul de electroni cu alimentare cu sârmă (EBAM) este o metodă de fabricație aditivă care este utilizată pentru fabricarea pieselor metalice de dimensiuni mari, de formă complexă. Procesul ELAP se bazează pe utilizarea unui fascicul de electroni focalizat sub vid și a unui filament metalic (sârmă sau tijă) ca materie primă. Este un analog al metodei de producție prin fascicul de electroni a produselor de formă arbitrară (din engleză. Fabricare cu formă liberă cu fascicul de electroni, EBF 3 ), dezvoltat de NASA .

Procesul de formare a produsului prin fabricarea aditivă a fasciculului de electroni de sârmă

Procesul de imprimare 3D a produselor metalice folosind metoda ELAP are loc în conformitate cu schema. Fasciculul de electroni creează un bazin de topire pe un substrat metalic, în care este alimentat un filament de metal. În procesul de deplasare a mesei de lucru și/sau a pistolului cu fascicul de electroni cu alimentatorul de sârmă atașat la aceasta de-a lungul unei traiectorii date, materialul din filament topit formează un strat de produs aditiv. Ca urmare, materialul filamentar, aplicat strat cu strat, formează o parte a unei forme date [1] . Traiectoria de imprimare 3D este calculată de software-ul echipamentului ELAP pe baza modelului CAD dezvoltat . Produsul format din fabricarea aditivă cu fascicul de electroni are o formă cât mai apropiată de forma finală a piesei, care este ulterior realizată prin prelucrare.

Beneficiile tehnologiei

Principalele avantaje ale ELAP sunt [2] :

Costuri semnificativ reduse cu materialele (și deșeuri minime) în comparație cu metodele convenționale și aditive de fabricare a pulberii
Timp de livrare semnificativ mai scurt pentru prototipuri, piese și proceduri post-vânzare (de exemplu, repararea sau remanufacturarea pieselor deteriorate sau învechite);
Reducerea timpului de procesare cu până la 80%;
Utilizarea a două sau mai multe alimentatoare de sârmă permite ca mai multe aliaje metalice diferite să fie alimentate în același bazin de topire pentru a crea piese polimetalice.

Echipamente pentru sârmă ELAP

Echipamentele pentru ELAP au următoarele elemente structurale. Camera de lucru și sistemul de vid, care asigură ca presiunea reziduală în camera de vid să nu fie mai mare de 1x10 -4 mm Hg. Artă. Datorită vidului înalt, imprimarea 3D a produselor se realizează într-un mediu necontaminat și, prin urmare, în procesul de fabricare a aditivilor cu fascicul de electroni, nu este necesară utilizarea unei atmosfere protectoare de gaze inerte. În camera de lucru există o masă de lucru, care în cele mai multe cazuri poate fi poziționată de-a lungul a 5 axe: pe lângă axele X, Y și Z, se folosesc axele de înclinare și de rotație. Pe desktop este instalat un substrat metalic, pe care se imprimă. De asemenea, un tun cu fascicul de electroni și unul sau mai multe alimentatoare de sârmă sunt instalate în camera de vid. Există, de asemenea, o configurație în care masa are doar axe de înclinare și rotire, iar pistolul cu fascicul de electroni cu alimentatorul de sârmă este poziționat în trei coordonate. Controlul imprimării cu fascicul catodic se realizează în principal folosind CNC. Cu ajutorul ei, împărțirea numerică a modelului CAD în straturi îl transformă într-un cod G care determină traiectoria de aplicare a straturilor și parametrii tehnologici ai echipamentului ELAP. Principalul producător de echipamente ELAP din America de Nord și Europa este Sciaky [3] , care furnizează instalațiile sale unor corporații precum Boeing , Lockhead Martin și altele. Pe teritoriul Federației Ruse, dezvoltările în domeniul tehnologiei ELAP sunt realizate la Institutul de Inginerie Energetică din Moscova [4] , la Universitatea Politehnică Națională din Perm [5] , precum și la Institutul de Fizica Rezistenței și Știința Materialelor al Filialei Siberiei a Academiei Ruse de Științe . Lucrările oamenilor de știință de la Institutul de Inginerie Energetică din Moscova au arătat necesitatea introducerii sistemelor de feedback pentru a stabiliza temperatura stratului format [6] , precum și perspectiva utilizării scanărilor spațiale ale fasciculului pentru a controla transferul de metal pentru a forma straturi cu un dat raportul înălțime-lățime [7] [8] . Institutul de Fizică și Știința Materialelor Rezistenței din Filiala Siberiană a Academiei Ruse de Științe a dezvoltat tehnologia ELAP cu fascicule multiple (MELAP), precum și echipamente ELAP specializate, care sunt utilizate în prezent la întreprinderea Cheboksary „Sespel” [9] ] , a cărui prezentare video poate fi văzută pe YouTube .

Cercetare științifică

Practic, cercetarea științifică dedicată tehnologiei EBAM are ca scop studierea proceselor de cristalizare a materialelor în procesul de metalurgie locală nestaționară, studierea proprietăților fizice și mecanice ale materialelor obținute aditiv, precum și studierea proceselor de formare a materialelor polimetalice. Următoarele sunt câteva dintre subiectele importante de cercetare de importanță fundamentală și aplicată:

Utilizarea ELAP pentru restaurarea produselor din aliaje de titan și alte materiale [10] ;
Studiul influenței parametrilor tehnologici ai procesului ELAP, cum ar fi aportul de căldură, îndepărtarea căldurii și viteza de cristalizare, precum și traiectoria de imprimare și geometria avansului firului [11] , [12] ;
Formarea materialelor polimetalice, inclusiv a materialelor de calitate funcțională [13] ;
Influența post-procesării asupra structurii și proprietăților produselor fabricate aditiv din diverse materiale, cum ar fi oțeluri, aliaje de titan, aliaje de aluminiu, aliaje de nichel și altele [14] , [15] .

Note