ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ C ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Представлена общая информация о развитии аддитивных технологий, а также обзор основных принципиальных схем процессов послойного выращивания металлических изделий. Описаны технологии и оборудование электронно-лучевого послойного получения металлических изделий как из проволоки, так и из порошка. Приведены экспериментальные данные, полученные авторами в результате электронно-лучевого аддитивного изготовления образцов из низкоуглеродистой стали, нержавеющей аустенитной стали и технического титана. По- лучены зависимости геометрических параметров наплавляемого слоя от основных параметров электронного луча, а также схема изменения профиля одиночного слоя наплавки от тока луча. Проведен анализ микроструктур. Описаны основные характерные зоны, образующиеся в образцах, полученных данным методом. Показано, что при работе с нержавеющей сталью типичная микроструктура образцов – крупные дендриты с главными осями длиной до нескольких миллиметров в направлении теплоотвода. Однако было замечено, что в участках, претерпевших повторный многократный переплав во время наплавки последующих слоев металла, происходит рекристаллизация и образуются равноосные зерна. В технически чистом титане помимо характерной крупнозернистой (до нескольких миллиметров в диаметре) структуры существуют зоны, где наблюдается пластинчатая структура с колониями около 1 мм, а также зона в виде полосы шириной около 1 мм вдоль стенок, представляющая собой игольчатую структуру. Это, очевидно, связано с режимом охлаждения, так как характер теплоотвода по краям заготовки отличается от центральных зон. Проведен анализ перспектив развития электронно-лучевых аддитивных технологий. Продемонстрированы примеры использования электронно-лучевой аддитивной технологии в современном производстве ускорительной техники, авиа- и машиностроении.

1. Frazier, W. E. Digital Manufacturing of Metallic Components [Electronic resource] / W. E. Frazier. – Mode of access: https://sffsymposium.engr.utexas.edu/Manuscripts/2010/2010-60-Frazier.pdf – Date of access: 13 October 2017.

2. Guo, N. Additive manufacturing: technology, applications and research needs / N. Guo, M. C. Leu // Frontiers of Mechanical Engineering. – 2013. – Vol. 8, № 3. – P. 215–243. https://doi.org/10.1007/s11465-013-0248-8

3. Pham, D. T. Rapid prototyping and rapid tooling - the key enablers for rapid manufacturing / D. T. Pham, S. S. Dimov // Proc. of the Institution of Mechanical Engineers. Part C: J. Mech. Eng. Sci. – Vol. 217, № 1. – P. 1–23. https://doi.org/10.1243/095440603762554578

4. Ek, K. Additive Manufactured Material: Master of Science Thesis MMK 2014:19 MKN 109 KTH Industrial Engineering and Management Machine Design / K. Ek. – Stockholm, Sweden, 2014. – 102 p.

5. Hardware of ARCAM electron beam melting equipment [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.arcam. com/technology/electron-beam-melting/hardware. – Date of access: 13.10.2017.

6. Зленко, М. А. Аддитивные технологии в машиностроении: пособие для инженеров / М. А. Зленко, М. В. Нагайцев, В. М. Довбыш. – М.: ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», 2015. – 220 с.

7. Electron Beam Melting (EBM) [Electronic resource]. – Mode of access: http://www.camplex.com.au/ebm-electron-beam-melting/ – Date of access: 13.10.2017.

8. EBM® Electron Beam Melting in the forefront of Additive Manufacturing [Electronic resource] // Arcam EBM. – Mode of access: http://www.arcam.com/technology/electron-beam-melting/ – Date of access: 13.10.2017.

9. Powder Handling [Electronic resource] // Arcam EBM. – Mode of access: http://www.arcam.com/technology/products/powder-handling/ – Date of access: 13.10.2017.

10. The metallurgy and processing science of metal additive manufacturing / W. J. Sames [et al.] // Int. Mat. Rev. – 2016. – Vol. 61, Iss. 5. – P. 315–360. https://doi.org/10.1080/09506608.2015.1116649

11. Microstructural and property evolution of Ti6Al4V powders with the number of usage in additive manufacturing by electron beam melting / Chongbin Wei [et al.] // Mat. Let. – 2018. – Vol. 221. – P. 111–114. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2018.03.124

12. Make Metal Parts Faster & Cheaper Than Ever with Electron Beam Additive Manufacturing (EBAM®) Systems or Services [Electronic resource] // Sciaky Inc. – Mode of access: http://www.sciaky.com/additive-manufacturing/electron-beam-additive-manufacturing-technology – Date of access: 13.10.2017.

13. Taminger, K. M. B. Electron beam freeform fabrication: a rapid metal deposition [Electronic resource] / K. M. B. Taminger. R. A. Hafley // Proc. of the 3rd Annual Automotive Composites Conference, Sept. 9–10, 2003, Troy, MI, Society of Plastic Engineers. – Mode of access: http://www.cs.odu.edu/~mln/ltrs-pdfs/NASA-2003-3aacc-kmt.pdf – Date of access: 13.10.2017.

14. Бакиновский, А. А. Исследования возможностей применения установки электронно-лучевой сварки для изготовления послойной наплавкой заготовок из металлической проволоки / А. А. Бакиновский, А. А. Бурин // Сб. науч. тр. Междунар. конф. «Современные методы и технологии создания и обработки материалов», г. Минск, 14–16 сент. 2016 г. – Минск, 2016. — Кн. 2. – С. 15–20.

15. Benson Tolle, T. H. Accelerating Materials Insertion by Evolving the DoD Materials Qualification-Transition Paradigm / T. H. Benson Tolle, G. A. Shoeppner // Advanced Materials, Manufacturing and Testing Information Analysis Center. – 2002. – Vol. 6, № 1. – P. 3–6.

16. Advanced electron beam free form fabrication methods and technology [Electronic resource] / S. Stecker [et al.] // 87th Annual Convention Professional American Welding Society, 2006. Session 2: Electron Beam Welding. – Mode of access: http://files.aws.org/conferences/abstracts/2006/012.pdf – Date of access: 13.10.2017.