Сегодня 3D-печать активно применяется в космической, автомобильной и авиастроительной отраслях. Технология послойной плазменной наплавки позволяет изготавливать металлические изделия с высокой производительностью и качеством при относительно небольших затратах. Плазменная дуга за счет плавления присадочной проволоки формирует слои металла нужной толщины и формы. Существующие способы такой наплавки имеют свои недостатки, которые приводят к внутренним дефектам изделия. Ученые Пермского Политеха разработали новую технологию плазменного выращивания, которая повышает стабильность работы и качество получаемых заготовок. Эффективность аддитивного формирования ответственных металлических изделий в различных отраслях промышленности выходит на новый уровень.
На изобретение получен патент (№2815524). Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Плазмой называется сильно ионизированный газ. Для его получения используется специальное устройство — плазматрон, который формирует высокотемпературный (20000 — 25000 градусов Цельсия) электродуговой разряд в виде плазменной струи, расплавляющей основной металл и присадочную проволоку. Перемещая плазмотрон по заданной траектории, например, роботом, осуществляют послойную наплавку металлического изделия. Такую технологию можно применять и для восстановления изношенных деталей, и при изготовлении новых деталей с необходимыми свойствами рабочих поверхностей, такими как жаропрочность, износостойкость, коррозионная стойкость.
Существуют разные способы выращивания изделий такой технологией. Они отличаются источниками питания, расположением электрода и плазматрона относительно обрабатываемой поверхности. Но они не всегда позволяют получить качественный результат. Например, при сложной траектории наплавления нарушается геометрия формируемого материала, появляются дефекты. В некоторых случаях нарушается формирование наплавляемых слоев из-за большого теплового воздействия.
Ученые Пермского Политеха разработали способ сварки и наплавки, в котором металлическая проволока подается перпендикулярно к поверхности изделия, а ее нагрев осуществляют за счет протекающего по ней тока и воздействия плазменной дуги, направленной под острым углом к поверхности. Используются два источника питания: для плазматрона и для прохождения тока.
— Наш вариант обеспечивает высокую производительность процесса при минимальном проплавлении и перемешивании металлов. Позволяет использовать электродную проволоку различного диаметра, широко регулировать толщину наплавленного слоя и накладывать швы по сложной траектории, что особенно важно при трехмерной наплавке заготовок любой формы. Также повысилась устойчивость всего процесса, разбрызгивание присадочного металла устранено, — поделился заведующий кафедрой «Сварочное производство, метрология и технология материалов» ПНИПУ, доктор технических наук Юрий Щицын.
Политехники проверили технологию для различных металлов, например, наплавив стенки из алюминиевого сплава толщиной 11 мм. Анализ образцов показал, что металл, полученный разработанным способом, имеет благоприятную структуру и не содержит внутренних дефектов. Сам процесс отличается высокой стабильностью и производительностью.
Разработка ученых ПНИПУ дает возможность создавать высококачественные наплавленные слои различной толщины и металлические заготовки изделий различной конфигурации с высокими эксплуатационными показателями из высоколегированных сплавов и цветных металлов. Способ уже планируется к использованию на машиностроительных предприятиях специального назначения.