Аддитивную технологию цифровой мультидуговой наплавки, предназначенную для производства деталей со сложной геометрией методом управляемого «наращивания» слоев алюминиевого сплава, разрабатывают ученые Сибирского федерального университета (СФУ), сообщает 1 сентября пресс-служба вуза.

Аддитивные технологии — Digital Multi-Arc Deposition (DMAD) — в настоящее время очень популярны во всем мире, поскольку изготовление сложных деталей из дорогих сплавов по трехмерной компьютерной модели последовательным наплавлением металла позволяет значительно сократить затраты, практически исключая отходы производства.

Это делает DMAD востребованными в аэрокосмической, судостроительной и автомобильной промышленности. В рамках концепции «Сделано в космосе» DMAD могут применяться на орбитальных станциях или, впоследствии, на инопланетных базах.

Профессор кафедры машиностроения Политехнического института СФУ, доктор технических наук Николай Довженко рассказал, что в последнее время «набирают популярность аддитивные технологии, которые используют не порошок, а металлическую проволоку. Сейчас крупногабаритные изделия из алюминиевых сплавов делаются небольшими партиями, в основном из цельнолитых заготовок или крупногабаритных поковок с применением механической обработки. Это нерационально, поскольку значительная часть заготовки до 60-80% просто срезается».

Технологии прямого подвода энергии и материала — «дуга + проволока» (wire and arc additive manufacturing — WAAM) позволяют в несколько раз уменьшить расход материала, и они лучше порошковых подходят для использования в условиях космоса.

«Компоновочная схема оборудования для такой технологии существует в трех вариантах, — рассказывает Николай Довженко, — на базе роботов, а также консольных, портальных или с параллельной кинематикой компьютеризированных станков (ЧПУ)».

Возникающие при аддитивном порошковом изготовлении деталей из алюминиевых сплавов проблемы, такие как пористость или пониженные по сравнению с деталями, изготовленными механической обработкой механические свойства, решает использование WAAM с регулируемыми энергозатратами, пояснил профессор.

В условиях космоса будет выгодно использовать адаптированные, например, кроссоверные (из компонентов космического мусора) или градиентно-функциональные сплавы (когда механические свойства или химический состав сплава меняется по глубине от поверхности).

Потребности космического, и не только, производства требуют от технологии WAAM снижения энергозатрат и повышения скорости послойного наплавления металла — она становится многоэлектродной и многодуговой, рассказал профессор.

Особенность технологии DMAD, которую разрабатывают в СФУ, состоит в применении двух и более проволок-электродов, которые могут быть изготовлены из разных сплавов. Из дуг прямого и косвенного действия формируется комбинированная дуга. Косвенные дуги между электродами помогают значительно повысить эффективность процесса за счет того, что большая часть тепла подается на электродный материал, а не на формируемое изделие.

Эксперименты ученых СФУ показали способность такой технологии обеспечить двух- и даже трехкратный рост производительности по сравнению с традиционным методом с одной проволокой. Благодаря интенсивному «наращиванию» металла деталь со сложной геометрией формируется быстрее.

Однако сам процесс формирования и переноса капель расплавленного металла несколькими электродами более сложен. Он требует точно подбирать и поддерживать режим подачи двух и более проволок, иногда имеющих различный химический состав. Отсюда возникает задача оптимизировать эти режимы для дальнейшего развития этой технологии.

В СФУ уже разработана технология производства проволок-электродов из алюминиевых сплавов (в том числе экономнолегированных скандием) методами литья в магнитный кристаллизатор и совмещенного непрерывного процесса литья-прокатки-прессования, рассказали исследователи.