CC BY
54АДДИТИВНОЕ ФОРМИРОВАНИЕ АЛМАЗНЫХ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ИЗ
ГАЗОВОЙ ФАЗЫ
Ерёмин С.А.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия
serega21 [email protected]
Аддитивное производство развивается активными темпами [1], возможно, в будущем оно сможет полностью заместить традиционные методы производства некоторых изделий. Аддитивный подход позволяет в короткие сроки получить изделие сложной формы из разных материалов. На сегодняшний день в аддитивном производстве используются металлы [2], сплавы на их основе [3], керамику [4] и др. Однако, технологии печати изделий, состоящих из алмаза, на сегодняшний день нет.
В данной работе предложена технология для печати изделий, полностью состоящих из алмаза. Идея заключается в скреплении слоев алмазного порошка за счет алмаза, осаждаемого из газовой фазы на их поверхности. Чередуя процессы нанесения алмазного порошка по контуру изделия и проведение процессов осаждения алмаза из газовой фазы, возможно получение алмазного изделия имеющего сложную форм. Стоит отметить, что процесс химического осаждения из газовой фазы проводится в СВЧ разряде из смеси метана и водорода [5]. Наличие СВЧ разряда поддерживает постоянную концентрацию атомарного водорода, что в свою очередь позволяет вести непрерывный процесс наращивания алмаза, так как атомарный водород предотвращает рост графитовой фазы.
Был проведен ряд исследований по определению влияния концентрации метана, наличия принудительной прокачки газа, а также изменению режима теплоотвода на глубину проникновения роста алмаза из газовой фазы, в насыпку алмазных порошков. Эти исследования позволили определить какое количество слоёв алмазного порошка можно срастить за один процесс осаждения алмаза из газовой фазы.
Алмазные изделия, созданные с использованием данного подхода, могут быть использованы: в горнорудной промышленности в качестве головок буровых вставок, так как в их составе отсутствуют графитизирующая связка [6]; в электронике в качестве пассивного электронного компонента - варистора, так как алмаз обладает самым высоким значением напряжения пробоя [7]; а также в космической технике, в качестве радиационно-стойких корпусов для защиты электронных компонентов от различных типов излучении.
1. Martinsen K. Evolutionary algorithms in additive manufacturing systems: Discussion of future prospects. Procedia CIRP. 2019. 81.671-676.
2. Johnson L., Mahmoudi M., Zhang B. and et.al. Full-length article Assessing printability maps in additive manufacturing of metal alloys Acta Materialia. 2019. 176.199-210.
3. Wang Y., Chen X., Konovalov S. and et al. In-situ wire-feed additive manufacturing of Cu-Al alloy by addition of silicon. Applied Surface Science. 2019. 487.1366-1375
4. Galante R., Figueiredo-Pina C. G., Serro A. P. Additive manufacturing of ceramics for dental applications: A review. Dental Materials. 2019. 35 (6). 825-846.
5. Garcia Poza M.M., Velez M.He., Gomez-Aleixandre J.C. and et al. Characterization of bias enhanced MWCVD diamond thin films. Materials Letters. 1996. 29(1 -3).111-115.
6. Li X.J., He L.L., Li Y.S., Yang Q. Catalytic graphite mechanism during CVD diamond film on iron and cobalt alloys in CH4-H2 atmospheres. Surface and Coatings Technology. 2019. 360.20-28.
7. Liu Y., Ding M., Su J., Li Y., Zhang P., Lu X., Tang W. Dielectric properties of nitrogen-doped polycrystalline diamond films in Ka band. Diamond and Related Materials. 2017. 76. 68- 73.
ОСОБЕННОСТИ ВЫРАЩИВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕДНЫХ СПЛАВОВ МЕТОДОМ СЕЛЕКТИВНОГО
ЛАЗЕРНОГО ПЛАВЛЕНИЯ
Колчанов Д.С., Дренин А.А., Денежкин А.О.
Московский центр лазерных технологий, Москва, Россия НОЦ ЦАТ МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия [email protected], [email protected], [email protected]
Медь и медные сплавы широко используются в промышленности благодаря их высокой теплопроводности и низкому удельному сопротивлению [1-3]. Высокая теплопроводность делает этот материал незаменимым в области теплообмена, в том числе в авиакосмической отрасли. Сложная форма современных теплообменников и высокая стоимость медных материалов диктуют применение аддитивных технологий для решения современных задач [4-5].
Данная работа посвящена исследованию процесса селективного лазерного плавления медного порошка. Из-за низкого поглощения лазерного излучения и высокой теплопроводности очень трудно добиться стабильности процесса СЛП для меди [4, 6-8]. Понимание влияния различных факторов на порообразование,
точность синтезируемой геометрии, и качество поверхности позволит оптимизировать процесс СЛП для выращивания конкретных деталей из меди и медных сплавов [9-12]. Исследования проведены в несколько этапов:
1. Оптимизация режимов выращивания для получения стабильного формирования единичных дорожек.
2. Оптимизация режимов для формирования плотной структуры с минимальной пористостью.
3. Механические испытания, исследование влияния традиционных методов термической обработки на механические свойства выращенных образцов.
4. Обобщение данных для выращивания качественных изделий из медных сплавов.
В результате выполненной работы получены зависимости качественных параметров (пористость, прочностные характеристики) образцов от режима выращивания. Показан принципиальный подход к выращиванию изделий из медных сплавов методом селективного лазерного плавления.
1. Ikeshoji T.-T., Nakamura K., Yonehara M., Imai K., Kyogoku H. Selective laser melting of pure copper. The Minerals, Metals and Materials Society. 2017.
2. Manriquez-Frayre J.A., Bourel D.L. Selective laser sintering of Cu-Pb/Sn solder powders. Solid Freeform Fabrication Symposium. 1991. 236-244.
3. Badrinarayan B., Barlow J.W. Selective Laser Sintering of a Copper-PMMA System. Solid Freeform Fabrication Symposium. 1991. 245-250.
4. Zong G. et al. Direct Selective Laser Sintering of High Temperature Materials. Journal of Engineering Science and Technology. 2015. 10. 4. 509-525.
5. Zhu H.H., Lu L., Fuh J.Y.H. Development and characterization of direct laser sintering of Cu-based metal powder. Journal of Materials Processing Technology. 2003. 140. 314-317.
6. Bourell D.L., Marcus H.L., Weiss W.L. Selective laser sintering of parts by compound formation of precursor powders. 1992.
7. Kruth J.P. et al. Binding mechanisms in selective laser sintering and selective laser melting. Rapid Prototyping Journal. 2005. 11 (1). 26-36.
8. Zhang D.Q., Liu Z.H., Chua C.K. Invistigation on forming process of copper alloys via Selective Laser Melting. High Value Manufacturing: Advanced Research in Virtual and Rapid Prototyping. 2013. 285-289.
9. Meiners W. Fabrication Selective Laser Melting - Additive Manufacturing for series production of the future. Proceedings of INTERMAT Conference. 2011. Materials Science Forum. 843. 287.
10. Mao Z., Zhang D.Z., Wei P., Zhang K. Manufacturing Feasibility and Forming Properties of Cu-4Sn in Selective Laser Melting. Materials. 2017. 10. 333.
11. Lykov P.A., Safonov E.V., Akhmedianov A. Selective laser melting copper. Materials Science Forum. 2017. 843. 284-288.
12. Григорьянц А.Г., Колчанов Д.С., Дренин А.А. Установка для селективного лазерного плавления металлических порошков. Аддитивные технологии: настоящее и будущее. Материалы IV Международной конференции. ФГУП «Всероссийский научно исследовательский институт авиационных материалов». 2018. 221-234.
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ БИМЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО
ВЫРАЩИВАНИЯ
Мельникова М.А., Холопов А.А., Трушников А.Н.
Московский Государственный Технический Университет имени Н. Э. Баумана (НИУ), Москва, Россия
[email protected], [email protected]
Аддитивные технологии - это современные процессы создания деталей со сложной конструкцией, которые невозможно или экономически нецелесообразно изготавливать традиционными методами. Одной из таких технологий является прямое коаксиальное лазерное выращивание, которое отличается высокой производительностью [1]. Другое преимущество такой технологии состоит в возможности выращивания деталей из градиентных композиционных материалов, а также биметаллических изделий.
Перспективным направлением исследования в области применения данной технологии является создание биметаллических конструкций, состоящих из бронзы и нержавеющей стали. Из этих биметаллов изготовляют детали рубильников, шины, теплообменные материалы и другие изделия. При формировании подобных компонентов достаточно трудно получить необходимую прочность соединения зоны медь - сталь [2]. Существует ряд трудностей, с которыми приходится сталкиваться при выращивании медно-стальных деталей, которые связаны с ограниченной растворимостью меди в железе, а также с существенной разницей температур плавления. Кроме того, комплекс оптических, теплофизических и химических свойств порошков из медных сплавов весьма усложняет технологию [3,4].
В работе проведено исследование особенностей формирования стенок из нержавеющей стали. Выявлены особенности формирования валиков, установлены оптимальные параметры для обработки. Установлено, что при выращивании стенок наблюдается незначительное изменение геометрии, которое требует коррекции либо путём программного изменения параметров в ходе выращивания, либо последующей постобработки.
