Преодоление границ интеллектуального производства: прорывы и применение гибридной многослойной лазерной коаксиальной композитной технологии CML в производстве титановых компонентов

Титановые сплавы благодаря высокой прочности, низкой плотности, коррозионной стойкости и биосовместимости стали популярным материалом в таких областях, как высокотехнологичное оборудование и индустрия 3C. Однако традиционные производственные процессы (такие как ковка и литье) сталкиваются с такими проблемами, как трудности в формировании сложных конструкций, низкий уровень использования материалов и высокие затраты. Гибридная коаксиальная композитная технология CML Enigma позволяет выполнять четырехкомпонентную композитную обработку, включая композит с несколькими длинами волн лазера, лазерно-дуговой композит, композит проволоки и порошка, а также композит защитного газа. Эта технология подходит для материалов с переменным составом и градиентными характеристиками, аддитивного производства с ин-ситу легированием, высокопроизводительного изготовления материалов и контроля микроструктуры — ключевых направлений исследований в технологии DED. Кроме того, она отвечает требованиям инженерных приложений технологии DED по повышению совместимости аддитивных материалов, эффективности аддитивного производства, точности, эксплуатационных характеристик и сложности компонентов. Применение этой технологии революционизирует производство компонентов из титановых сплавов, обеспечивая новое решение для сценариев применения, требующих высокой точности и высоких эксплуатационных характеристик.

Технические принципы

Композит лазера с несколькими длинами волн по общей оси: Эта технология использует шесть независимо управляемых лазерных модулей, чтобы достичь композита лазера с несколькими длинами волн по общей оси, значительно повышая степень поглощения лазера материалами с высокой отражательной способностью, такими как титановые сплавы.

Композит дуги и лазера по общей оси: Независимо управляемые источники тепла лазера и дуги используются в комбинации, чередуя два процесса. Энергия дуги и энергия лазера динамически согласуются в реальном времени, создавая синергетический эффект «лазерный предварительный нагрев — наплавка дугой», что повышает скорость и точность аддитивного производства материалов.

Композит проволоки и порошка по общей оси: Поддерживает одновременную подачу титановой проволоки и порошка, позволяя выполнять печать градиентных материалов.

Преимущества технологии CML Hybrid Multi-Laser Coaxial Composite в производстве титановых сплавов

В отношении физических свойств, таких как вязкость разрушения, образцы титанового сплава TC11, произведенные с использованием лазерного аддитивного производства, значительно превосходят образцы, произведенные традиционными методами ковки.

При сравнении характеристик образцов титанового сплава TC11, изготовленных с использованием лазерного аддитивного производства и методов ковки, при комнатной температуре: по прочности образцы, произведенные с использованием лазерного аддитивного производства, обладают анизотропией, но их прочность сопоставима с прочностью кованых образцов. По вязкости разрушения образцы, произведенные лазерным аддитивным способом, демонстрируют значительно более высокую вязкость разрушения по сравнению с коваными образцами. Кроме того, вязкость разрушения образцов, произведенных методом подачи проволоки, на 17% выше, чем у образцов, произведенных методом подачи порошка.

По эффективности формирования и использованию материалов лазерная технология подачи проволоки превосходит лазерную технологию подачи порошка.

Эффективность аддитивного производства при подаче проволоки с использованием лазера составляет ≥1 кг/ч, тогда как при подаче порошка — 0,6 кг/ч. При одинаковой мощности лазера эффективность наплавки при подаче проволоки примерно на 40% выше, чем при подаче порошка. Кроме того, коэффициент использования материала в процессе подачи проволоки составляет приблизительно 100%, тогда как при подаче порошка — около 60%. Процесс подачи проволоки обеспечивает на 40% более высокий коэффициент использования материала по сравнению с процессом подачи порошка.

Испытательный блок процесса подачи проволоки

Испытательный блок наплавки порошка

Общее качество образцов, изготовленных с использованием гибридной многослойной лазерной коаксиальной композитной технологии CML, соответствует стандартным требованиям.

Ошибка толщины стенки образцов из титанового сплава TC11, изготовленных с использованием технологии лазерной подачи проволоки, находится в пределах ±0,3 мм, внутренние дефекты соответствуют уровню AAA ультразвукового контроля поковок, а механические свойства соответствуют требованиям к компонентам.

Кроме того, использование технологии аддитивного производства для изготовления деталей из титанового сплава обеспечивает преимущества, такие как лёгкость конструкции, высокая эффективность и точность.

Enigma предоставляет полный спектр решений для компонентов из титанового сплава в различных отраслях промышленности, включая судостроение, телекоммуникации и автомобилестроение, от разработки материалов и технологий до массового производства. Гибридная мультилазерная коаксиальная композитная технология CML преодолевает трудности, связанные с точностью, эффективностью и стоимостью производства титановых сплавов, благодаря синергетическим инновациям различных процесссов, становясь «дестабилизирующим фактором» в области высокотехнологичного производства и придавая новый импульс промышленному производству в различных отраслях.