Один из ключевых технологических вызовов современности – необходимость кратного снижения временных затрат на всех циклах создания и изготовления продукции. Изготовление крупногабаритных металлических конструкций традиционными методами требует много времени. В то же время гибридные аддитивные технологии – металлическая производительная 3D-печать в сочетании с последующей механообработкой – способны удовлетворить запрос промышленности на скорость получения готовых изделий, однако они зачастую уступают традиционным технологиям в прочности и пластичности получаемых изделий. Ученые Пермского Политеха нашли решение этой проблемы.
Контрольный образец, прокованный пневмомолотком / ©Пресс-служба ПНИПУ
Исследование выполняется совместно с Институтом механики сплошных сред УрО РАН при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках одного из направлений Программы академического стратегического лидерства «Приоритет-2030» Пермского Политеха. Его результаты вносят вклад в обеспечение технологического суверенитета России. Статья с результатами исследования опубликована в журнале «Вычислительная механика сплошных сред».
Металлическая 3D-печать все шире используется в таких отраслях промышленности, как авиа- и машиностроение, энергетика, медицина и даже ювелирное дело. С ее помощью можно создавать легкие и прочные металлические конструкции сложной формы при значительной экономии материала. В процессе «печати» добавляемый слой материала соединяется с уже сформированным слоем. При этом атомы металла зачастую формируют кристаллы, напоминающие по форме деревья – дендриты, тогда как предпочтительной формой является зерно – многогранная или округлая форма кристалла.
«Прочность и пластичность металлических сплавов, произведенных способом металлической 3D-печати, во многом ограничена дендритной структурой кристаллов. Образование подобной структуры удается подавить, используя гибридные технологии аддитивного производства.
В своем исследовании мы чередовали наплавку алюминиево-магниевого сплава с послойными пластическими деформациями (проковкой) посредством ударного воздействия пневмомолотка и обнаружили, что таким образом можно получить равноосную зернистую структуру», — рассказывает руководитель проекта, профессор кафедры сварочного производства, доктор физико-математических наук Дмитрий Трушников.
Важнейший результат проведенного исследования – разработанная математическая модель процесса. Она показала, что гибридная технология, сочетающая наплавку и проковку материала, позволяет схлопывать поры, образующиеся при обработке алюминиево-магниевых сплавов. Кроме того, математическая модель позволила существенным образом оптимизировать параметры проковки и заметно повысить характеристики прочности и пластичности материала.
