EN
DED қалай металл материалдарын дамыту циклдарын қысартады
Әуе-ғарыш саласындағы конструкциялық қолданыстар үшін жаңа алюминий қорытпасын дамытатын зерттеу тобына 18 құрамдық нұсқаны бағалау қажет болды — әрбір нұсқа үшін көрсетілген құйма білеттерін дайындау, экструзиялау, жылумен өңдеу, сынақ үлгілерін токарьлау және механикалық сынақтар жүргізу керек. Дәстүрлі тәсіл бұл жұмысты 14–18 айға созған болар еді. Келесі технологияларды қолдану арқылы Ded (Бағытталған энергия шашырауы) сымдық шикізатпен және CAM-ге арналған траектория жоспарлау бағдарламасымен команда 8 аптада барлық 18 нұсқа үшін сынақ үлгілерін басып шығарды. Бағдарлама әрбір құрам үшін оптималды шашырау траекториясын автоматты түрде құрды және әрбір нұсқаның нақты балқу сипаттамаларына сәйкес параметрлерді реттеді. Ең жоғары нәтиже көрсеткен нұсқалар дәстүрлі уақыт кестесіне қарағанда алты ай бұрын толық сертификаттауға өтті.
Ded дәстүрлі түрде металл сплавтарын дамыту процесін бавыртқан құрал-жабдықтардың кедергісін жояды — ұйымдар әрбір құрамдың құны жоғары болғандықтан және оны дайындау ұзақ уақыт алады, сондықтан аз ғана құрамдарды сынақтан өткізеді.
Дәстүрлі материалдарды дамыту кедергісі
Құрылымдық қолданысқа арналған жаңа металлық қорытпаны әзірлеу материалдар өнеркәсібінің ондаған жылдар бойы қолданып келе жатқан тәсілмен жүзеге асады: құрамын әзірлеу, шағын кетілген қорытпаны балқыту және құю, кетілген қорытпаны пластикалық деформациялау немесе дайындау арқылы тақташа немесе стерженьге айналдыру, сынақ үлгілерін токарлау, механикалық сынақтар жүргізу, нәтижелерді талдау, құрамды түзету және осы процесті қайталау. Әрбір қайталау үшін құю формалары, соғу қалыптары, пресс-формалар сияқты құрал-саймандар қажет, олардың әрбір жиынтығының құны 5 000–50 000 доллар құрайды және оларды шығаруға төрттен сегіз апта уақыт кетеді. Үш іріктелген қорытпаның бес қайталауын сынақтан өткізетін әзірлеу бағдарламасы 15 қайталауды қажет етеді, құрал-саймандарға 150 000–750 000 доллар жұмсалады және алғашқы өндірістік масштабдағы балқыту үшін тапсырыс берілгенше 18–24 ай керек болады.
Қаржылық салдары – материалдардың әзірленуі қауіпке ұшырамайтын бағытта жүреді. Топтар белгілі қорытпалардың айналасындағы тар құрамдық ауқымдарды сынақтан өткізеді, себебі шынымен жаңа химиялық құрамды – орнатылған маркалардан алыс орналасқан құрамдарды зерттеу құны өте жоғары. Бекітілген күштілік, коррозияға төзімділік немесе жоғары температурада жұмыс істеу сапасын түбегейлі жақсартуға мүмкіндік беретін металлургиялық ашылулар зерттелмейді, өйткені қайталану экономикасы зерттеуге қолайлы емес.
DED қайталану уақытын қалай қысқартады
Бірнеше қадамдық дайындау
Ded сынақ үлгілерін бірден металдың ұнтағынан немесе сымнан жасайды. Оның үшін ешқандай калып, ешқандай матрица, ешқандай экструзия құрал-саймандары қажет емес. Бұл процессте қосымша өндіріс CAM бағдарламасымен құрылған құралдың траекториясы бойынша құрылыс тақтасына материал қабаттап жиналады. Созылу бағандары, циклдық тозу үлгілері және коррозия купондары өңделетін қарапайым тіктөртбұрышты құрылыс бірнеше сағат ішінде басылып шығарылады. Дәстүрлі әдіспен құйма білеушеден өңделетін үлгінің геометриясы DED процесінен жуық дәлме-дәл пішіндегі алдын-ала дайындалған бұйым ретінде шығады, оған тек аз ғана аяқтау өңдеуі қажет.
Цикл уақытының қысуы өте көрнекті. Бір ғана құрамдық итерацияда Ded — параметрлерді таңдаудан бастап, дайын сынақ үлгілеріне дейін — үлгілердің саны мен күрделілігіне байланысты үштен он күнге дейін уақыт алады, ал дәстүрлі «құю — соғу — өңдеу» циклы үшін сегізден он екі апта кетеді. Дәстүрлі дамыту процесінде бір жылды алатын сегіз құрамдық итерациясы екі-үш ай ішінде аяқталады. Әрбір итерацияның құны материалдар мен станокта өңдеу уақыты бойынша 10 000–50 000-ден 500–2 000-ге дейін төмендейді.
Бұл жылдамдатуда бағдарламалық қамтамасыз ету шешуші рөл атқарады. Арнайы DED CAM платформалары нақты жылу көзі, материал және геометрияға сәйкес оптималды құрал жолдарын құрады. Жол жоспарлау алгоритмдері доғаның басталуы мен тоқтатылуын, қабаттар арасындағы температураны реттеуді және шашырату жылдамдығын басқарады — бұл айнымалыларды әр жаңа материал үшін қолмен бағдарламалаған кезде көптеген сынап көрулерді қажет етеді. Симуляциялық тексерумен автоматтандырылған жол генерациясы жаңа құрам үшін бағдарламалау уақытын күндерден сағаттарға дейін қысқартады.
Градиентті материалдарды басып шығару
Ded сондай-ақ градиенттік материалдарды сынауға мүмкіндік береді — бұл қабілеттің қандай да бір дәстүрлі әдіс ұсынбайды. Екі немесе одан да көп ұнтақты шикізаттардың немесе бір ғана құрылым ішінде сым құрамын ауыстырудың әртүрлі қатынасын өзгерту арқылы DED жүйесі мысалы, 100 миллиметрлік ұзындық бойынша хромның 0 пайызынан 10 пайызына дейінгі үздіксіз құрамды градиенті бар жалғыз сынақ образцысын өндіре алады. Градиент бойынша 10 миллиметрлік аралықтарда алынған созылуға төзімділікке арналған образцылар бір ғана құрылымнан он әртүрлі құрам нүктесі үшін механикалық қасиеттер туралы деректер береді — бұл деректер дәстүрлі түрде он бөлек құйма мен соғу сынақтарын талап етеді.
Inconel 625 туралы Enigma-NOVA Университеті (Лиссабон) бірлескен зерттеуі әсерін көрсетеді Ded материалдың түсінілуі негізінде. Құрамын өзгертпей, басып шығару жолының бағытын жүйелі түрде өзгертіп, 90°-тық аралық қабаттық жолды ауыстыру әрі 401 МПа беріктік шегі мен 57% созылумен сипатталатын тең қабырғалы дән құрылымын қалыптастыратынын анықтады — бұл беріктік пен созылғыштықтың комбинациясы дәстүрлі ыстық дайындалған Inconel 625 қорытпасына қарағанда жоғары. Бұндай процесстің қасиеттері мен оның қатынасын анықтау, яғни тікелей өндіріс спецификацияларын анықтайтын зерттеу, дәстүрлі металлургиялық сынақтар арқылы зерттеуге өте қымбат тұрады.
Зертханадан өндіріске
Сол самое Ded материалды дамыту үшін қолданылатын жабдық құйма мен өңдеу процесі расталғаннан кейін өндіріс жүйесі ретінде қызмет ете алады. Сынақ үлгілерінде расталған өңдеу параметрлері өндіріс бұйымдарына тасымалданады, себебі жылулық тарих — салқындату жылдамдығы, қабаттар арасындағы температура, жинақталған геометрия — бірдей бағдарламалық және аппараттық құралдар арқылы бақыланады. Бұл зертханалық құю сынақтары мен өндірістегі құймашылық өндірісі арасындағы масштабтау арасындағы айырмаға әдетте жаңа құймаларды енгізу үшін 6–12 ай қосылады.
Жиі қойылатын сұрақтар
DED әдісі материалды дамыту уақытын дәстүрлі әдістерге қарағанда қалай қысқартады?
DED әдісі әрбір құрамның қайталануы үшін қажетті құрал-жабдықтарды — құю формаларын, соғу шаблондарын, экструзия құралдарын — болдырмайды және сынақ үлгілерін апта ішінде емес, сағаттар ішінде дайындайды. Жеке қайталау 3–10 күн ішінде аяқталады, ал дәстүрлі әдіспен ол 8–12 апта қажет етеді. DED әдісін қолданғанда сегіз қайталаудан тұратын дамыту бағдарламасы 12–18 ай орнына 2–3 ай ішінде аяқталады.
DED-те градиентті материалды басып шығару дегеніміз не?
Градиенттік басып шығару DED құрылысы кезінде екі немесе одан да көп қоректендіру материалдарының қатынасын реттеу арқылы құрамды үздіксіз өзгертеді. Жеке сынақ купоны құрамның спектрін қамтиды — мысалы, хром мөлшері оның ұзындығы бойынша 0%–ден 10%–ге дейін өзгереді, бұл бір құрылыстан көптеген құрам нүктелерінің механикалық қасиеттерін бағалауға мүмкіндік береді, ал әрбір құрам үшін жеке сынақтарды қажет етпейді.
DED бағдарламалық жабдығы үдерісті дамытуды қалай жылдамдатады?
Арнайы DED CAM бағдарламалық жабдығы белгілі жылу көздері, материалдар мен геометриялар үшін автоматты түрде оптималды құрал жолдарын құрады. Жолды оптималдау алгоритмдері арқылы доғаның басталуы/тоқтатылуы тізбегі, аралық қабат температурасы және шашырату жылдамдығы басқарылады. 360° динамикалық көрнекілікпен симуляция құрылыс басталмас бұрын қолжетімділікті және соқтығысу қаупін тексереді, нәтижесінде жаңа материал үшін бағдарламалауға кететін сынақ-қателер әдісінің уақыты күндерден сағаттарға дейін қысқарады.
DED әдісімен әзірленген материалдарды өнеркәсіптік масштабта шығаруға бола ма?
Иә. Материалдың әзірленуі үшін қолданылатын дәл сол DED жабдығы сплав пен процестің сертификатталғаннан кейін өндіріс жүйесі ретінде қызмет ете алады. Сынақ үлгілерінде расталған процестік параметрлер шығарылатын бұйымдарға тікелей беріледі, себебі жылу тарихы — суыту жылдамдығы, қабаттар арасындағы температура, шөгу геометриясы — бірдей бақыланады. Бұл металлургиялық әзірлеудегі әдеттегі зертханалық-өндірістік масштабтау арасындағы аралықты жояды.
DED сынақ үлгілерінен қандай металлургиялық деректер алуға болады?
DED құрылымдарынан өңделген үлгілерге стандартты механикалық сынақтар — созылу (активтік, шектік, созылу проценті), циклдық итерациялық (жоғары және төмен циклдық), сынуға төзімділік, қаттылық және коррозияға төзімділік — жүргізіледі. ЭСМ, EBSD және ТЭМ арқылы микрорелікті сипаттау дән өлшемін, фазалық таралу мен текстураны анықтауға мүмкіндік береді. DED-ке тән тез қату әдеттегі өңделген материалдардың қасиеттерін сәйкес келтіретін немесе асып түсетін тегіс дәнді құрылымдарды қалыптастырады.
DED бір дамыту бағдарламасында қанша құрамдық нұсқаны сынауы мүмкін?
3–10 күндік итерациялық циклдармен бір DED жүйесі 3–4 айлық дамыту бағдарламасында 15–30 құрамдық нұсқаны сынауы мүмкін — бұл әдеттегі әдістерге қарағанда өнімділікті 3–5 есе арттырады және әрбір нұсқа үшін шығынды он есе төмендетеді. Градиенттік басып шығару өнімділікті әрі қарай көбейтеді, себебі ол бір ғана басып шығару процесінде бірнеше құрамдық нұсқаны сынауға мүмкіндік береді; сондықтан жеке деректер нүктелері емес, құрам-қасиет қисықтары алынады.