Ученые Пермского национального исследовательского
политехнического университета (ПНИПУ) изобрели датчик, который
усовершенствует технологию трехмерной печати металлических
изделий.
Датчик позволит более точно и быстро создавать изделия с помощью
электронного луча, учитывая все технологические параметры.
Изобретение может найти применение в авиа- и ракетостроительной
отраслях. Технологии с такой эффективностью нет ни в России, ни в мире.
Результаты исследования опубликованы в журнале первого квартиля
Q1 IEEE Sensors Journal.
Один из разработчиков, инженер кафедры «Сварочное производство,
метрология и технология материалов» ПНИПУ, кандидат технических наук
Степан Варушкин рассказал:
«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».
Исследователи уже разработали лабораторный образец датчика. Сейчас
они работают над созданием системы, которая будет с ним
взаимодействовать. В автоматическом режиме она будет 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.
По материалам пресс-службы ПНИПУ