Автоматичне зварювання, 2023, №10



2023 №10 (05)

DOI of Article 10.37434/as2023.10.06

2023 №10 (07)

---

Журнал «Автоматичне зварювання», № 10, 2023, с. 45-52

Адитивне виготовлення конструктивних елементів на тонкостінній основі: виклики та труднощі (Огляд)

М.В. Соколовський¹, А.В. Бернацький¹, Н.О. Шамсутдінова¹, Ю.В. Юрченко¹, О.О. Данилейко^1,2

¹ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
²Навчально-науковий інститут матеріалознавства та зварювання ім. Є.О. Патона Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». 03056, м. Київ, Берестейський просп. (Перемоги), 37.

У даній роботі було проведено літературний огляд матеріалів, присвячених різним напрямкам дослідження технологій селективного лазерного плавлення (SLM) та селективного лазерного спікання (SLS) з метою аналізу процесів, споріднених до селективного лазерного наплавлення, котрі відбуваються при SLM та SLS, а також впливу технологічних заходів на кінцеву структуру, механічні та експлуатаційні характеристики виготовленої деталі при адитивному виробництві конструктивних елементів на тонкостінній основі. Основними завданнями наукових робіт, проаналізованих у даному огляді, були дослідження, що фокусувались на особливостях утворення конструктивних елементів на тонкостінній основі за технологіями SLM та SLS: моделювання процесів адитивного виробництва; аспекти планування експериментів та виробничих процесів; вивчення перебігу процесів SLM та SLS в даних умовах; потреби в попередній або постобробці матеріалу; а також аналіз кінцевої мікроструктури та характеристик зразків, виготовлених за допомогою цих технологій. На підставі результатів літературного аналізу визначено проблеми та розглянуто перспективи застосування процесів SLM та SLS при утворенні конструктивних елементів на тонкостінній основі. Аргументовано ряд аспектів, на які необхідно звернути увагу при дослідженні процесів SLM та SLS під час роботи з тонкостінною основою. Бібліогр. 36, рис. 9.
Ключові слова: селективне лазерне плавлення (SLM), адитивне виробництво, селективне лазерне спікання (SLS), тонкостінні вироби


Надійшла до редакції 10.07.2023

Список літератури

1. Del Sol, I., Rivero, A., Lacalle, L., Gámez, A. (2012) Thin-Wall Machining of Light Alloys: A Review of Models and Industrial Approaches. Materials, 12. 10.3390/ma12122012.
2. Singh R., Gupta A., Tripathi O. et al. (?) Powder bed fusion process in additive manufacturing: An overview. Materials Today: Proceedings. https://doi.org/10.1016/j.matpr. 2020.02.635
3. Mazumder J. (2017) 1 – Laser-aided direct metal deposition of metals and alloys. Editor(s): Milan Brandt. In Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials. Laser Additive Manufacturing. Woodhead Publishing, 21–53. ISBN 9780081004333. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100433-3.00001-4
4. Ющенко К.А., Борисов Ю.С., Кузнецов В.Д., Корж В.М. (2007) Інженерія поверхні: Підручник. Київ, Наукова думка. ISBN 978-966-00-0655-3
5. Li Yuan, Songlin Ding, Cuie Wen. (2019) Additive manufacturing technology for porous metal implant applications and triple minimal surface structures: A review, Bioactive Materials, 4, 56–70. ISSN 2452-199X. https://doi.org/10.1016/j. bioactmat.2018.12.003
6. Kritskiy, D., Pohudina, O., Kovalevskyi, M. et al. (2022) Powder Mixtures Analysis for Laser Cladding Using OpenCV Library. In: Nechyporuk, M., Pavlikov, V., Kritskiy, D. (eds) Integrated Computer Technologies in Mechanical Engineering - 2021. ICTM 2021. Lecture Notes in Networks and Systems, 367. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-94259-5_72
7. Duriagina, Z., Kulyk, V., Kovbasiuk, T. et al. (2021) Synthesis of Functional Surface Layers on Stainless Steels by Laser Alloying. Metals, 11, 434. https://doi.org/10.3390/ met11030434
8. Korzhyk, V., Khaskin, V., Voitenko, O. et al. (2017). Welding Technology in Additive Manufacturing Processes of 3D Objects. In Materials Science Forum, 906, 121–130. Trans Tech Publications, Ltd. https://doi.org/10.4028/www.scientific. net/msf.906.121
9. Lesyk, D.A., Martinez, S., Pedash, O.O. et al. (2022) Nickel Superalloy Turbine Blade Parts Printed by Laser Powder Bed Fusion: Thermo-Mechanical Post-processing for Enhanced Surface Integrity and Precipitation Strengthening. J. of Materi Eng and Perform, 31, 6283–6299. https://doi. org/10.1007/s11665-022-06710-x
10. Peleshenko, S., Korzhyk, V., Voitenko, O. et al. (2017) Analysis of the current state of additive welding technologies for manufacturing volume metallic products (review). Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3/1, 42– 52. 10.15587/1729-4061.2017.99666.
11. Kumar, S. (2014) 10.05 – Selective Laser Sintering/Melting, Editor(s): Saleem Hashmi, Gilmar Ferreira Batalha, Chester J. Van Tyne, Bekir Yilbas. Comprehensive Materials Processing, Elsevier, 93–134. ISBN 9780080965338. https:// doi.org/10.1016/B978-0-08-096532-1.01003-7
12. Serin, G., Kahya, M, Unver, H. et al. (2018) A Review Of Additive Manufacturing Technologies. Conference: The 17th International Conference on Machine Design and Production, Bursa, Turkey, January 2018.
13. Joel C. Najmon, Sajjad Raeisi, Andres Tovar (2019) 2 – Review of additive manufacturing technologies and applications in the aerospace industry, Editor(s): Francis Froes, Rodney Boyer, Additive Manufacturing for the Aerospace Industry, Elsevier, 7–31. ISBN 9780128140628. https://doi. org/10.1016/B978-0-12-814062-8.00002-9.
14. Del Sol, I., Rivero, A., Lacalle, L., Gámez, A. (2019) Thin-Wall Machining of Light Alloys: A Review of Models and Industrial Approaches. Materials, 12, 2012. 10.3390/ ma12122012.
15. Adjamsky, S.V., Sazanishvili, Z.V., Tkachov, Y.V. et al. (2021) Influence of the Time Interval between the Deposition of Layers by the SLM Technology on the Structure and Properties of Inconel 718 Alloy. Mater Sci, 57, 9–16. https:// doi.org/10.1007/s11003-021-00508-3
16. Sun, Z., Tan, X., Tor, S. Chua, C. (2018) Simultaneously enhanced strength and ductility for 3D-printed stainless steel 316L by selective laser melting. NPG Asia Materials, 10(4), 127–136.
17. Wang, Y., Voisin, T., McKeown, J. et al. (2017) Additively manufactured hierarchical stainless steels with high strength and ductility. Nature Materials, 17(1), 63–71.
18. Yang, W., Tang, Y. (1998) Design optimization of cutting parameters for turning operations based on the Taguchi method. Journal of Materials Processing Technology, 84(1-3), 122– 129.
19. Gibson, D. Rosen, B. Stucker (2015) Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Rapid Prototyping and Direct Digital Manufacturing Ch.10 (Springer, New York, 2015).
20. Pulin, Nie, Ojo, O.A., Zhuguo, Li (2014) Numerical modeling of microstructure evolution during laser additive manufacturing of a nickel-based superalloy. Acta Materialia, 77, 85–95, ISSN 1359-6454. https://doi.org/10.1016/j.actamat. 2014.05.039
21. Mukherjee, T., Manvatkar, V., De, A., DebRoy, T. (2017) Dimensionless numbers in additive manufacturing. J. Appl. Phys., 121, 064904. Doi: 10.1063/1.4976006
22. Yang, T., Xie, D., Yue, W. et al. (2019) Distortion of Thin-Walled Structure Fabricated by Selective Laser Melting Based on Assumption of Constraining Force-Induced Distortion. Metals., 9(12), 1281. https://doi.org/10.3390/ met9121281
23. Zhonghua, Li, Renjun, Xu, Zhengwen, Zhang, Ibrahim, Kucukkoc (2018) The influence of scan length on fabricating thin-walled components in selective laser melting. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 126, 1-12. ISSN 0890-6955. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools. 2017.11.012
24. Eberhard Abele, Hanns A. Stoffregen, Kniepkamp, M. et al. (2015) Selective laser melting for manufacturing of thinwalled porous elements. Journal of Materials Processing Technology, 215, 114–122. ISSN 0924-0136. https://doi. org/10.1016/j.jmatprotec.2014.07.017
25. Jichang, Liu, Lijun, Li (2005) Effects of powder concentration distribution on fabrication of thin-wall parts in coaxial laser cladding. Optics & Laser Technology, 37, 4, 287–292. ISSN 0030-3992. https://doi.org/10.1016/j.optlastec. 2004.04.009
26. Xu Niu, Ruixian Qin, Yunzhuo Lu, Bingzhi Chen (2021) Energy Absorption Behaviors of Laser Additive Manufactured Aluminium Alloy Thin-Walled Tube Tailored by Heat Treatment. Materials Transactions, 62, 2, 278–283.
27. AlMangour, B., Grzesiak, D., Yang, J. (2017) Scanning strategies for texture and anisotropy tailoring during selective laser melting of TiC/316L stainless steel nanocomposites. Journal of Alloys and Compounds, 728, 424–435.
28. Zhao, C., Bai, Y., Zhang, Y. et al. (2021) Influence of scanning strategy and building direction on microstructure and corrosion behaviour of selective laser melted 316L stainless steel. Materials & Design, 209, id.109999.
29. Bambach, M, Sviridov, A, Weisheit, A, Schleifenbaum, JH. (2017) Case Studies on Local Reinforcement of Sheet Metal Components by Laser Additive Manufacturing. Metals., 7(4), 113. https://doi.org/10.3390/met7040113
30. Bhrigu Ahuja, Adam Schaub, Michael Karg et al. (2015) High power laser b eam melting of Ti–6Al–4V on formed sheet metal to achieve hybrid structures. Proc. SPIE 9353, Laser 3D Manufacturing II, 93530X (16 March 2015). Doi: 10.1117/12.2082919
31. Heilemann, M., Beckmann, J., Konigorski, D., Emmelmann, C. (2018) Laser metal deposition of bionic aluminum supports: reduction of the energy input for additive manufacturing of a fuselage. Procedia CIRP, 74, 136–139. ISSN 2212-8271. https://doi.org/10.1016/j.procir.2018.08.063.
32. Векілов С.Ш., Ліповський В.І., Марчан Р.А., Бондаренко О.Є. (2021) Особливості використання технології виготовлення SLM для компонентів РРД. Journal of Rocket-Space Technology, 29, 112–123. https://doi. org/10.15421/452112
33. Kelly, S.M., Kampe, S.L. Microstructural Evolution in Laser-Deposited Multilayer Ti–6Al–4V Builds: Part I. (2004) Microstructural Characterization. Metallurgical and materials transactions, 35A, June 1861.
34. Heilemann, M., Möller, M., Emmelmann, C. et al. (2017) Laser Metal Deposition of Ti–6Al–4V Strcutures: Analysis of the Build Height Dependent Microstructure and Mechanical Properties. MS&T 2017.
35. Schaub, A., Ahuja, B., Karg, M. et al. (2014) Fabrication and Characterization of Laser Beam Melted Ti–6Al–4V Geometries on Sheet Metal. DDMC 2014 Fraunhofer Direct Digital Manufacturing Conference, Berlin, Germany.
36. Lesyk, D., Martinez, S., Dzhemelinkyi, V., Lamikiz, A. (2020) Additive Manufacturing of the Superalloy Turbine Blades by Selective Laser Melting: Surface Quality. Microstructure and Porosity. In: Karabegović, I. (eds) New Technologies, Development and Application III. NT 2020. Lecture Notes in Networks and Systems, 128. Springer, Cham. https:// doi.org/10.1007/978-3-030-46817-0_30

---

Реклама в цьому номері:

---