Moskva, Russian Federation
UDC 621.791.9
The decade-long period of the evolution starting from the first installations to a modern complex, designed and manufactured entirely using just indigenous content, including software and an optical system, is presented. The first SLM-110 installation, manufactured in 2016, had a construction volume of 110×110×200 mm. Over the years, numerous research projects have been carried out. They served as the basis for the development of technological processes for growing parts and units obtained from various metal powders. In subsequent developments, the volume of grown products was increased to 250×250×300 mm. As a result of the completed R&D, a more advanced SLM-250 installation was designed and manufactured. In this installation with a sensor system a full automatic monitoring and control of process parameters is provided for long-term continuous operation of the complex for many days, ensuring high reliability and stability. A number of plants are successfully used in our industry in the production of complex products from a variety of metal, ceramic and composite powders produced in our country. The next stage in the development of additive manufacturing is the organization of sites for the manufacture of parts based on additive complexes and peripheral equipment. It is necessary to organize serial production of existing installations in our country and develop equipment to increase the process performance
additive technology, equipment, kinematics, main components, control system, software
Технологические процессы выращивания деталей и узлов металлических изделий являются по существу развитием и усовершенствованием технологии наплавки. Эти процессы объединены под названием аддитивные технологии изготовления металлических конструкций. Классификация аддитивных технологий производства изделий из металлических материалов и сложившаяся резкообразная терминология представлены в работе [1]. Это в основном технологии аддитивного производства дуговой наплавкой проволочных материалов, плазменные технологии, электронно-лучевые, лазерные.
В МГТУ им. Н. Э. Баумана и в организованном при университете малом предприятии «Московский центр лазерной технологии (МЦЛТ)» изготавливаются лазерные технологии селективного сплавления металлических порошков (СЛП) и прямого лазерного осаждения подачей порошка коаксильно лазерному лучу (КЛП).
Была изготовлена отечественная установка селективного лазерного плавления СЛП-110 (рис. 1) с объемом построения 110×110×200 мм [2]. В этой установке использованы порошки из различных металлов и сплавов российского производства. Проектирование этой установки выполнено на уровне современных представлений о «цифровизации» сложного высокоточного оборудования с программным управлением целого ряда параметров процесса. Источником излучения является иттербиевый волоконный технологический лазер. Сплавление порошка осуществляется в герметичной камере, из которой откачивают воздух и заполняют защитным газом. Специализированное программное обеспечение через единый интерфейс обеспечивает полный контроль и управление параметрами процесса выращивания. Обязательным условием при длительной непрерывной многочасовой работе установки является ее стабильность и надежность.
Полученные данные по многолетней эксплуатации комплекса СЛП-110 (рис. 2, а), а также разработанные многочисленные технологические процессы выращивания образцов и деталей из разнообразных порошковых материалов послужили основой дальнейших исследований по разработке более совершенной конструкции установки селективного лазерного плавления СЛП-250 (рис. 2, б).
Установка СЛП-250 предназначена для полностью автоматизированного производства, не только единичного, но и серийного, из металлических, керамических и композиционных порошков. Данная установка может использоваться также для отработки режимов сплавления с целью получения оптимальных физико-механических характеристик деталей и узлов конструкций. Размер рабочей зоны (Д×Ш×В) 250×250×300 мм.
Используется иттербиевый волоконный лазер мощностью 400 Вт, обеспечивающий производительность до 30 см3/ч при толщине выращиваемого слоя от 20 до 200 мкм в зависимости от материала и режима построения. Габариты комплекса составляют 2450×1550×1930 мм.
Процесс выращивания осуществляется в герметичной камере с контролируемой атмосферой и системой удаления из камеры побочных продуктов плавления. Технологический процесс программируется на стадии обработки трехмерной модели детали с возможностью выполнения эмуляции всего процесса. Очень важным условием, расширяющим возможности аддитивного производства, является возможность корректировки детали в ходе ее выращивания.
Следующим поколением оборудования, разработанного специалистами Московского центра лазерных технологий, является комплекс СЛП-250Б (рис. 2, в). При изготовлении этого комплекса практически полностью используются отечественные комплектующие. По своим технологическим характеристикам и качеству изготовления детали выращиванием комплекс не уступает зарубежным моделям аналогичного класса. Рекомендуется для использования в различных отраслях промышленности: судостроение, энергомашиностроение, приборостроение, авиастроение, ракетостроение, инструментальная и другие предприятия оборонно-промышленного комплекса.
Ряд установок СЛП успешно эксплуатируется в нашей промышленности в единичном, мелкосерийном и серийном производстве сложных изделий из разнообразных металлических, керамических и композиционных порошков, выпускаемых отечественной промышленостью. Серии комплексов СЛП, выпускаемых в настоящее время Московским центром лазерных технологий для промышленного применения, представлены на рис. 2.
Дальнейшим развитием аддитивного производства (АП) в отечественной промышленности является организация участков АП по изготовлению деталей и изделий методом селективного лазерного плавления, основой которых составляют аддитивные комплексы СЛП-250 и СЛП-250Б. Такой участок АП создан на ведущем предприятии страны с расположением оборудования, представленном на (рис. 3), и обеспечивающим полный производственный цикл получения изделия.
Для успешного широкого применения технологии аддитивного производства методом селективного лазерного плавления необходимо организовать в стране серийный выпуск имеющихся установок и разрабатывать оборудование для повышения производительности процесса [3].
1. Grigoryants A.G., Shiganov I.N., Misyurov A.I. Technological processes of laser processing: Study guide for universities / Edited by A.G. Grigoryants. Moscow: Publishing House of Bauman Moscow State Technical University, 2007, 669 p.
2. Wohlers T. Wohlers Report. ForCollins: Assoctates, INC, 2014.p. 276/
3. Laser additive technologies in mechanical engineering: a textbook/A.G. Grigoryants et al.; edited by A.G. Grigoryants, Moscow: Publishing House of Bauman Moscow State Technical University, 2018, 278 p.
4. Grigoryants A.G., Kazaryan M.A., Lyabin N.A. Laser precision micro-processing of materials. Moscow: Fizmata, 2017, 416 p.
5. Additive technologies in the production of metal structures: textbook / A.V. Shcherbakov, D.A. Gaponova, A.P. Sliva et al.; edited by A.G. Grigoryants, V.K. Dragunov. - M.: Publishing House of the MEI, 2022, 676 p.
6. Golubev V.S., Lebedev F.V., Physical foundations of technological lasers: textbook for universities, 3rd ed., ster. m.; Berlin: DirectMedia, 2021,190 p. (Laser technology and technology: in 7 books. Book 1/edited by A.G. Grigoryants).
7. Bogdanov A.V., Golubenko Yu.V. Fiber technological lasers and their application, study guide. St. Petersburg: Lan, 2016, 208 p.
8. Grigoryants A.G. Device for growing products by selective laser melting / Patent for utility model No. 167468, October 29, 2015.
9. Kolchanov D.S., Grigoryants A.G., Dronin A.A. Installation for growing products by selective laser melting / Utility model patent No.-185513, April 24, 2017.
10. Grigoryants A.G., Kolchanov D.S., Drenin A.A., Denezhkin_A.O. Installation for manufacturing parts by selective laser melting / Patent for invention No. 2801360, July 19, 2022
11. Grigoryants A.G., Shiganov I.N., Misyurov A.I. Equipment for laser processing / edited by A.G. Grigoryants. Moscow: Publishing House of Bauman Moscow State Technical University, 2022, 285 p.
