В современной промышленности аддитивные технологии быстро набирают популярность. Однако конструкторы сталкиваются с многочисленными неизвестными в отношении технологий производства и структурирования материалов. Для решения этой проблемы инженеры МИСиС разработали инновационную технологию аддитивной печати металлических деталей сложной формы с сотовыми структурами в основе, в результате чего получается прочный, плотный и легкий продукт.
Использование сотовой 3D-печати может значительно снизить вес автомобилей и ракет при сохранении их прочности. Обычные сотовые структуры в двигателе или корпусе автомобиля или ракеты могут выдерживать нагрузки, аналогичные литым деталям, но весить вдвое меньше. Это снижает расход топлива, транспортную нагрузку, вредные выбросы в атмосферу и количество металла, необходимого для производства детали.
Инженеры НУСТ МИСиС из лаборатории "Деформационно-термические процессы" провели исследование микроструктуры и механических свойств при растяжении стальных ячеистых структур различной конфигурации. С помощью специализированного российского программного обеспечения для топологической оптимизации они подготовили модели и изготовили их по технологии селективного лазерного плавления на 3D-принтере. Результаты показали, что уровень механических свойств зависит от конфигурации ячеек, диаметра распорок и объема пустот. Они рассчитали тип и конфигурацию ячеистых структур, при которых достигается максимальный уровень свойств: при объеме пустот 65% (диаметр распорки 0,5 мм) предел прочности составляет 38%, а предел текучести - 49% от параметров непрерывного образца.
Теперь инженеры аддитивного производства могут изготавливать такие детали на 3D-принтере с помощью селективного лазерного сплавления. Полученные детали сложной формы имеют повышенную прочность и плотность на 50%. Чтобы добиться этого, они использовали компьютерную топологическую оптимизацию - особый подход к проектированию, который позволяет найти наилучшее распределение материала для заданных нагрузок и условий эксплуатации. В результате создаются сложные сотовые структуры, которые невозможно изготовить традиционными методами, например, литьем. Единственным способом достижения таких форм являются аддитивные технологии послойной печати металла, такие как селективное лазерное плавление, отличающиеся низкой стоимостью и возможностью создания изделий практически любой формы.
Образцы сотовых структур, полученные в НУСТ МИСиС, уже прошли лабораторные испытания и вскоре будут переданы конструкторам компании-заказчика. Теперь конструкторы могут получить точные данные о типах сотовой структуры, соответствующих конкретным инженерным задачам, что позволит им создавать детали с требуемой прочностью и массой с использованием конкретного типа ячеек.
Источник: https://www.techinsider.ru/science/news-453972-sotovaya-3d-pechat-umenshit-ves-avtomobiley-i-raket/