Розширення меж інтелектуального виробництва: прориви та застосування гібридної багатопроменевої коаксіальної композитної технології CML у виготовленні деталей з титанового сплаву

Титанові сплави через високу міцність, низьку густину, стійкість до корозії та біосумісність стали популярним матеріалом у таких галузях, як високотехнологічне обладнання та індустрія 3C. Проте традиційні способи виготовлення (наприклад, кування та лиття) стикаються з такими проблемами, як складність формування комплексних структур, низький рівень використання матеріалів та висока вартість. Гібридна багатопроменева коаксіальна композитна технологія CML компанії Enigma забезпечує чотирирежимну композитну обробку, у тому числі композицію багатохвильових лазерів, лазерно-дугову композицію, дротяно-порошкову композицію та газовий захист. Ця технологія підходить для матеріалів змінного складу та градієнтної структури, додавання легуючих елементів під час додавального виробництва, підготовки матеріалів з високою продуктивністю, а також контролю мікроструктури — ключових напрямків досліджень у технології DED. Крім того, ця технологія відповідає вимогам інженерних застосувань технології DED щодо підвищення сумісності додавальних матеріалів, ефективності додавального виробництва, точності, характеристик та складності компонентів. Впровадження цієї технології змінює процес виготовлення компонентів із титанових сплавів, пропонуючи нове рішення для сценаріїв застосування, що вимагають високої точності та високих експлуатаційних характеристик.

Технічні принципи

Багатовжарійний лазерний коаксіальний композит: Використовуючи шість незалежно керованих лазерних модулів, ця технологія досягає багатовжарійного лазерного коаксіального композиту, значно підвищуючи коефіцієнт поглинання лазерів високої відображальної здатності матеріалами, такими як титанові сплави.

Лазерно-дуговий коаксіальний композит: Незалежно керовані джерела тепла лазера й дуги використовуються у поєднанні, перемикаючись між двома процесами. Енергія дуги та енергія лазера динамічно узгоджуються в реальному часі для створення синергетичного ефекту "лазерне підігрівання-облицювання дугою", що підвищує швидкість і точність виготовлення додавальних матеріалів.

Коаксіальний композит нитки й порошку: Підтримує одночасну подачу нитки й порошку з титанового сплаву, забезпечуючи друк градієнтних матеріалів.

Переваги комбінованої багатолазерної коаксіальної композитної технології CML Hybrid у виробництві титанових сплавів

З точки зору фізичних властивостей, таких як тріщиностійкість, зразки з титанового сплаву TC11, виготовлені за допомогою лазерного адитивного виробництва, значно перевищують зразки, виготовлені традиційними методами кування.

Порівнюючи характеристики зразків з титанового сплаву TC11, виготовлених за допомогою лазерного адитивного виробництва і методів кування, за умов кімнатної температури: з точки зору міцності, зразки, виготовлені за допомогою лазерного адитивного виробництва, мають анізотропію, але є порівнянними із зразками, отриманими куванням. З точки зору тріщиностійкості, зразки, виготовлені лазерним адитивним способом, демонструють значно вищу тріщиностійкість, ніж зразки, отримані куванням. Крім того, тріщиностійкість зразків, виготовлених за допомогою процесу подачі дроту, на 17% вища, ніж у зразків, виготовлених за допомогою процесу подачі порошку.

З точки зору ефективності формування та використання матеріалу технологія лазерної подачі дроту переважає над технологією лазерної подачі порошку.

Ефективність адитивного виробництва при подачі дроту за допомогою лазера становить ≥1 кг/год, тоді як при подачі порошку — 0,6 кг/год. За однакових умов потужності лазера ефективність нанесення шару при подачі дроту приблизно на 40% вища, ніж при подачі порошку. Крім того, коефіцієнт використання матеріалу у процесі подачі дроту становить приблизно 100%, тоді як у процесі подачі порошку — приблизно 60%. Процес подачі дроту забезпечує на 40% більш високий коефіцієнт використання матеріалу порівняно з процесом подачі порошку.

Випробувальний блок процесу подачі дроту

Випробувальний блок осадження порошку

Загальна якість зразків, виготовлених із використанням гібридної багатопроменевої коаксіальної композитної технології CML, відповідає стандартним вимогам.

Похибка товщини стінки зразків з титанового сплаву ТС11, виготовлених із застосуванням технології лазерного наплавлення дротом, знаходиться в межах ±0,3 мм, внутрішні дефекти відповідають рівню ААА ультразвукового контролю поковок, а механічні властивості відповідають вимогам до компонентів.

Крім того, використання технології додавального виробництва для виготовлення компонентів з титанового сплаву забезпечує переваги, такі як легка конструкція, висока ефективність і висока точність.

Enigma надає повний спектр рішень для компонентів з титанових сплавів у різних галузях промисловості, включаючи суднобудування, телекомунікації 3C та автомобілебудування — від розробки матеріалів та процесів до масового виробництва. Гібридна багатолазерна коаксіальна композитна технологія CML подолала проблеми точності, ефективності та вартості у додавальному виробництві з титанових сплавів завдяки синергетичному інноваційному поєднанню різних процесів, стаючи «дестабілізатором» у сфері високотехнологічного виробництва та надаючи новий імпульс індустріальному виробництву в різних галузях.