Способ многофазного отверждения струи

Способ многофазного отверждения струи — MJS (Multiphase Jet Solidification), принципиальная схема которого представлена на рис. 13.4, основан на послойном образовании детали посредством распределения жидкого материала по поверхности.

Рис. 13.4. Схематичное изображение способа MJS:

1 — растапливающая камера; 2 — сменная система форсунки; 3 — жидкий слой; 4 — предыдущий слой Обрабатываемый материал в виде порошка в камере 1 нагревается до температуры несколько выше температуры плавления и через форсунку 2 выливается. Траектории и скорости движения форсунки 2 с камерой 1 задает компьютер. Вылитый на поверхность заготовки материал 3 застывает в течение нескольких секунд. В начальный период он отдает теплоту в предыдущий слой 4, разогревает и растапливает его. Таким образом осуществляется неразъемное соединение слоев формируемой заготовки.

Управление температурой согласовано при этом так, чтобы расплавленный материал покрывал поверхность слоем необходимой толщины. У этого метода есть сходство с FDM способом. Существенное различие — в состоянии исходного материала (порошок, а не проволока) и системе его подачи.

При MJS способе детали изготовляют из низкоплавких металлических сплавов, высококачественной стали, титана, керамики вследствие обработки порошкообразных смесей. При изготовлении деталей из низкоплавких материалов ими можно пользоваться сразу. При обработке порошкообразных высокоплавких сплавов и керамических материалов (с температурой плавления до 1300°С) получаемые заготовки еще необходимо дополнительно обрабатывать.

Технологические процессы размерной обработки формирования деталей наращиванием объема

Рассмотренные методы только условно можно отнести к методам размерной обработки. Реальная размерная обработка с наращиванием объема деталей стала появляться совсем недавно и используется в машиностроении пока лишь для ограниченных задач, прежде всего для изготовления литейных и пресс-форм. Если традиционные методы размерной обработки были разработаны и применялись (а во многих случаях, к сожалению, еще продолжают применяться) па основе использования только человеческого труда и ручного управления, то аддитивные технологические процессы стали возможны исключительно благодаря компьютерам и соответствующему программному обеспечению.

Существует несколько причин для создания и внедрения новых методов. Первая — это стремление к уменьшению цикла от формирования потребности в новых изделиях до появления их на рынке (за счет сокращения сроков проектно-конструкторских работ и подготовки производства). Вторая — потребность в сокращении номенклатуры оборудования и оснастки для выпуска деталей. С использованием аддитивных методов она реализуется, а следовательно, сокращаются материальные и финансовые издержки. Третья — необходимость снижения отрицательных воздействий на экологию. Появляющиеся методы оказываются более щадящими по отношению к окружающей среде, чем традиционные. Традиционные методы размерной обработки приводят к образованию отходов: стружки, отработанных СОЖ, изношенных инструментов, которые подлежат утилизации. При использовании новых методов отходов практически нет. Не сплавленный металлический порошок можно использовать повторно. Четвертая причина — возможность получения приемлемого уровня точности. Полученные детали имеют допуск до 0,025 мм, поэтому после быстрой доводки они готовы к эксплуатации.

К настоящему времени появилась целая группа методов, обладающих своими особенностями и конкурирующих друг с другом, но имеющих близкие цели. В литературе подобные интегрированные технологии стали называть ускоренным прототипированием (Rapid Prototyping). Их главная цель — существенное ускорение проектно-конструкторских работ за счет создания материальных макетов (статических прототипов) будущих изделий.

Используемые способы получили свое условное обозначение, состоящее из начальных букв слов, составляющих название способов материализации (RP):

• • DMD — Direct Metal Deposition — прямое осаждение металла;
• • LENS — Laser Engineering Net Shaping — формирование с помощью лазерной инженерной сети;
• • SFP — Solid Foil Polymerization — полимеризация твердой фольги;
• • SL (SLA) — Stereolithography — способ стереолитографии;
• • SLS (LS) — Selectiv Laser Sintering — избирательное лазерное спекание;
• • SGC — Solid Ground Curing — основное термическое воздействие;
• • ВРМ — Ballistic Particle Manufacturing — изготовление с использованием баллистики;
• • DLF — Directed Light Fabrication — изготовление направленным светом;
• • DSPC — Direct Shell Production Casting — прямое блочное изготовление оболочки.

В общей сложности этих методов уже более 20 и число их, несомненно, будет расти. Рассмотрим только те, которые интересны с точки зрения получения готовых машиностроительных деталей из конструкционных материалов (в первую очередь, из металлических сплавов, керамики и полимеров). Методы, которые ориентированы на создание макетов проектируемых изделий или выжигаемых моделей для литья (см. гл. 7), рассмотрены не будут.

Все методы имеют схожую логику построения детали и принципы, в основе которых лежит прямой переход от 3D-CAD образа непосредственно к детали без применения оснастки, инструмента, технологических сред и т. д. Трехмерное твердое тело (деталь) получают генеративным путем. На этапе проектирования изделия образ детали задается аналитически, чертежом, файлами компьютерных томографов или фотографиями. На этой основе создается математическая трехмерная модель конструкции; пакет программ позволяет ее оптимизировать по тем или иным критериям. Далее модель послойным наращиванием материализуется (металл, керамика, полимер и др.).

Таким образом, общим для рассматриваемых методов является послойное построение детали (аналогично строительству дома из кирпичей — ряд за рядом) из исходного материала в виде порошка (порошки по структуре используются такие же, как и в методе порошковой металлургии). В основном пока использовалось оборудование и программное обеспечение, формирующее плоские слои. Болес перспективны методы, в которых заложено построение слоев по криволинейной поверхности.