Ученые Пермского Политеха создали датчик, который усовершенствует технологию трехмерной печати металлических изделий. Он позволит более точно и быстро создавать изделия с помощью электронного луча, учитывая все технологические параметры. Изобретение может найти применение в авиа- и ракетостроительной отраслях. У технологии нет аналогов в России и в мире с такой эффективностью. Результаты исследования ученые опубликовали в журнале 1-го квартиля Q1 IEEE Sensors Journal.
– Чтобы создать металлическое изделие с помощью послойного выращивания, нужно учесть множество требований к механическим свойствам, химическому составу, микроструктуре и отсутствию дефектов. Один из перспективных инструментов для наплавки слоев – электронный луч. Но не всегда можно обеспечить точное воздействие лучом на наплавочную проволоку. Поэтому мы разработали датчик, который позволяет получать информацию о совмещении электронного луча с проволокой в процессе послойного выращивания, – рассказывает один из разработчиков, инженер кафедры «Сварочное производство, метрология и технология материалов» ПНИПУ, кандидат технических наук Степан Варушкин.
Исследователи уже разработали лабораторный образец датчика. Сейчас они работают над созданием системы, которая будет с ним взаимодействовать. Она будет в автоматическом режиме совмещать электронный луч с проволокой.
Ученые определили физическую величину, которая несет информацию о процессе наплавки. После выбора измеряемого сигнала они разработали схему его регистрации и методику обработки. Исследователи создали конструкцию датчика, схемы измерения сигнала и вспомогательные элементы. После сборки они провели экспериментальные исследования прибора, чтобы подтвердить результаты моделирования.
Создание новой технологии было невозможно без математической модели, считают разработчики. С ее помощью можно печатать трехмерные металлические изделия. Изобретение будет потенциально интересно тем предприятиям, которые используют электронно-лучевые аддитивные технологии. Математическая модель позволила установить «связь» между сигналом на выходе с датчика и положением проволоки относительно электронного луча. Она «сообщает», что происходит в области создания изделия, в непрерывном режиме. По словам Степана Варушкина, этот инструмент позволит перейти на новую ступень в создании деталей.
– Новые технологии трехмерной печати изделий подразумевают максимальную энергетическую эффективность и «умный» расход материала. Для этого нужно очень точно распределять тепловую энергию. Электронный луч позволяет делать это, но его отклонение от проволоки даже на доли миллиметра может привести к негативным последствиям. Наша система оперативного контроля положения электронного луча и проволоки поможет более экономно расходовать ресурсы, – поясняет ученый.
В отличие от зарубежных аналогов, пермская технология позволяет точнее и в разы быстрее производить совмещение электронного луча с проволокой. Она менее требовательна к оборудованию и более гибка к изменениям режимов и схемы наплавки. В частности, один из аналогов получает информацию несколько раз в секунду, а пермский датчик – в десятки раз быстрее. Технология работает без остановки процесса. Непрерывное производство позволит, по оценкам ученых, сэкономить 5-10 % металла.
