МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный технический университет»
Кафедра графики, конструирования и информационных технологий в промышленном дизайне
АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению лабораторных работ для студентов, обучающихся по направлению 54.03.01 «Дизайн»
(профиль «Промышленный дизайн»), всех форм обучения
Воронеж 2021
1
УДК 681.3(07) ББК 30.18я7
Составители: А. В. Кузовкин, А. П. Суворов, Ю. С. Золототрубова
Аддитивные технологии: методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов, обучающихся по направлению 54.03.01 «Дизайн» (профиль «Промышленный дизайн»), всех форм обучения / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; сост.: А. В. Кузовкин, А. П. Суворов, Ю. С. Золототрубова. – Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2021. – 26 с.
В методических указания приводится описание выполнения лабораторных работ по курсу «Аддитивные технологии».
Предназначены для студентов, обучающихся по направлению 54.03.01 «Дизайн» (профиль «Промышленный дизайн»), всех форм обучения.
Методические указания подготовлены в электронном виде и содержатся в файле МУ_ЛР_АТ.pdf.
Ил. 26. Библиогр.: 5 назв.
УДК 681.3(07) ББК 30.18я7
Рецензент – Е. В. Смоленцев, д-р техн. наук, проф. кафедры технологии машиностроения
Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
2
Аддитивные технологии в настоящее время являются одними из наиболее динамично развивающихся и перспективных производственных процессов, революционным направлением в авиационном машиностроении. Это новый подход к проектированию и изготовлению деталей по сравнению с традиционными методами. Основные преимущества замены традиционных технологий деталей на аддитивное производство заключаются в снижении на порядок времени производственного цикла мелкосерийного производства; сокращении и упрощении технологических цепочек.
Актуальным является также задача сведения комплекса типовых процессов в единый технологический процесс, позволяющий в сжатые сроки (несколько часов вместо месяцев) изготовить изделия с любой степенью сложности (внутренней или внешней поверхности) и точности, без предварительных затрат на подготовку оснастки. Таким образом, в рыночных условиях конкуренция требует, чтобы новые изделия (продукты) были, как можно быстрее и дешевле разработаны, произведены и представлены на рынок. Стандартные многоступенчатые процедуры конструирования и проектирования не способны отвечать этим требованиям сегодняшней динамики производства. Процессы проектирования и производства должны быть непосредственно интегрированы в процедуру обработки.
Разработка технологического процесса изготовления деталей методом селективного лазерного сплавления является сложной, комплексной, многовариантной задачей, требующей учета большого числа разнообразных факторов. В основу разработки технологического процесса заложены следующие принципы:
–технический – технологический процесс должен полностью обеспечивать выполнение всех требований рабочего чертежа и технических условий на изготовление детали;
–экономический – изготовление детали должно вестись с минимальными затратами труда и издержками производства;
–организационный – деталь должны изготовляться в условиях организации производства, обеспечивающих наибольшую эффективность.
Разработкой технологического процесса изготовления деталей методами лазерной обработки занимались отечественные и зарубежные ученые: А.П. На-
заров [1], С.П. Мурзин [2], Maarten Van Elsen [3], Kai Zeng [4], Chee Kai Chua [5].
3
1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПРИНЦИПОВ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ЗАГОТОВОК НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Цель работы – разработка рационального технологического процесса и управляющей программы для выращивания заготовок деталей из отечественных металлических порошковых материалов с использованием технологии селективного лазерного сплавления.
Задачи:
–ознакомиться с технологиями аддитивного производства на ме-тал- лической порошковой основе;
–ознакомиться с маршрутом проектирования технологическихпроцессов изготовления заготовок деталей методом СЛС;
– изучить основныеэлементыпрограммного продуктаMagics RP;
–разработать технологический процесс изготовления заготовок деталей.
1.2.Последовательностьвыполнения работы
1.Изучить методические указания по выполнению данной лабораторной
работы.
2.Рассмотреть основные этапы маршрута проектирования технологических процессов СЛС.
3.Изучить основную последовательность действий при работе, а также ознакомиться с основными элементами в программном продукте Magics RP.
4.Изучить основные принципы моделирования заготовок деталей.
5.Выполнить самостоятельное задание.
1.3. Программное обеспечение, оборудование,применяемые в работе
Программное обеспечение:
–программный продукт Magics RP для разработки управляющей программы установки СЛС;
–программный продукт NX для разработки CAD модели изготавливае- мой детали.
–установка селективного лазерного сплавления металлических порош-
ков SLM 280HL.
4
1.4.Аддитивныетехнологии
Кнаиболее распространённым и перспективным технологиям аддитивного производства относятся аддитивные технологии (далее АТ) на металлической порошковой основе. Данные технологии подразделяются по механизму подачи на: послойное нанесение порошкаи непосредственный подвод энергии в зону плавления. В качестве строительного материала используются металлические порошки, представляющие из себя непрерывную систему дисперсных твердых частиц (конгломератов, зерен), находящихся одновременно в контакте друг с другом и окружающей средой.
Кгруппе непосредственного подвода энергии относятся 3D установки таких компаний производителей, как POM (США), Optomec (США), Irepa Laser (Франция) и другие. Особенностью данной технологии является одновременный подвод в область построения строительного материала и энергии для его сплавления (рис. 1). Сам процесс осуществляется в герметично закрытой камере с продувкой инертным газом (аргоном). Это сохраняет деталь чистой в процессе
синтеза, предотвращая окисление. Исходный металлический порошок поступает в зону обработки через каналы основной головки выращивания с помощью порошково-питательной системы, способной точно регулировать массовый расход материала. В качестве подведенной энергии используются мощные волоконные лазеры, способные расплавить металлический порошок для получения плотной структуры материала. Процесс непосредственного подвода энергии включает в себя следующие основные шаги:
1. Головка построения доставляет металлический порошок вфокус мощ-
ного лазерного луча для его переплавки. Луч лазера, как правило, управляется с помощью волоконной оптики или прецизионных угловых зеркал.
2.Лазер фокусируется в определенной точке с помощью линз,и система управления движением платформы перемещается в горизонтальном, боковом и вертикальном направлениях пока лазерный луч сканирует слой изготавливаемой детали. Как правило, данные системы включают две дополнительные поворотные оси, что особенно актуально при ремонте изделий.
3.Когда слой завершен, головка построения перемещается вверх и переходит к обработке следующего слоя. Процесс повторяется слой за слоем, пока деталь не будет завершена. Как правило, полученные детали требуют дополнительной механической обработки.
Способность подавать нужный материал в нужное место дает данным технологиям ряд уникальных преимуществ, недоступных процессам послойного формирования деталей.
5