Разработка, изготовление опытного образца аддитивной установки на основе гибридных технологий наплавки металлов и получение на ней прототипов изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей

Проведен анализ технических решений, применяемых в современном производстве конструкций 3D-принтеров и аддитивных установок. Уточнены требования к основным узлам и компонентам проектируемого блока, в том числе с учетом принципов технологичности конструкции, сложности и стоимости производства, возможности модернизации и масштабирования. Предложены технические решения по элементам блока кинематики, которые реализованы в среде проектирования КОМПАС-3D V-16. Для практической реализации решений подготовлены чертежи, определен перечень комплектующих, и составлено техническое описание для изготовления блока кинематики.Выполнен обзор конструкций плавящих головок аддитивных установок, работающих по технологии прямого нанесения (осаждения) металла в виде проволоки и порошка, сварочных горелок и гибридных сварочных систем с комбинацией в качестве источников тепла электрической дуги и лазера. Выявлены основные конструктивные особенности плавящих головок и использованные в их конструкции технические решения. Определены характеристики и мощность лазера как 2-го источника тепла. Предложено техническое решение по основным элементам плавящей головки. Проведена сборка основных узлов установки, работающей по технологии прямого нанесения (осаждения) металла в виде проволоки, а именно: плавящей головки, источника питания, блока кинематики и лазерного модуля. Рассчитаны и проверены основные параметры перемещения движущихся элементов конструкции. Определены оптимальные параметры наплавки и скорость перемещения плавящей головки для качественной наплавки низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Изготовлен блок кинематики. Разработана и изготовлена плавящая головка для установки ArcFusion, подготовлены 3D-модель и конструкторская документация, изготовлены элементы крепления составных частей между собой и к каретке перемещения. Изготовлено внутреннее сопло с разделением потока газа на две части для реализации двухпоточной схемы защиты жидкой ванны и горячего металла. Подготовлено техническое описание, по которому изготовлены лазерный модуль, закуплены необходимые материалы и комплектующие. Разработана и изготовлена опытная аддитивная установка ArcFusion. Проведены тестирование установки и ее модернизация. Отработаны оптимальные режимы работы установки на основе гибридных технологий наплавки металлов. Получены образцы изделий, и исследованы их механические свойства (пределы текучести и прочности, относительное удлинение, ударная вязкость) и микроструктура. Установлено, что образцы имеют более мелкозернистую структуру, что улучшает показатели прочности: предел прочности при растяжении и предел текучести условный на 15 и 25% соответственно выше, чем у листового и литого материалов из стали 09Г2С согласно ГОСТ 19281-2014. Данные показатели указывают на то, что процесс наплавки улучшает механические свойства получаемой заготовки изделия.