Теоретичне визначення режимів селективного лазерного плавлення для виготовлення деталей з мінімальним рівнем пористості
Abstract
Предметом вивчення в статті є процес виготовлення деталей аерокосмічної техніки методом селективного лазерного плавлення (СЛП) при використанні металевого порошку жароміцного сплаву Inconel 718. Метою є теоретичне визначення прийнятних режимів процесу СЛП, які забезпечують мінімальний рівень пористості, високий рівень герметичності та надійності деталей аерокосмічної техніки. Завдання: визначити раціональні розміри ванни розплаву відносно визначених параметрів процесу; дослідити рівень пористості виходячи з отриманих значень ванни розплаву; визначити найбільш прийнятний режим процесу СЛП. Використовуваними методами є: математичні моделі оптимізації, методи роз-в'язання нелінійних задач. При проведенні моделювання були враховані такі параметри як потужність лазерного випромінювання, швидкість сканування, розмір лазерної плями, температура плити побудови, товщина шару порошку та крок скануванні. Отримані такі результати. Згідно отриманих даних були визначені оптимальні розміри ванни розплаву, які забезпечують стабільність та продуктивність процесу СЛП, мінімальний рівень пористості, високий рівень герметичності та надійності деталей аерокосмічної техніки. Висновки. Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному: були отримані значення оптимальних параметрів процесу СЛП для виготовлення деталей з мінімальним рівнем пористості для матеріал жароміцного сплаву Inconel 718. Підтверджено, що можливо з високою ймовірністю, спрогнозувати розміри ванни розплаву, а також рівень пористості деталей, що виготовляються методами LPBF, а саме СЛП. Було виявлено, що оптимальний одиничний трек був сформований при двох комбінаціях режимів сканування, а саме: при потужності лазера 100 Вт, та швидкості сканування 600 мм/с; при потужності лазера 100 Вт, та швидкості сканування 700 мм/с. За результатами моделювання, згідно з критерієм, рівень пористості (співвідношення твердих частинок) становить менше 0,5%, найвища швидкість вирощування була виявлена при потужності 100 Вт, швидкості сканування 700 мм/с та відстані штрихування 0,1 мм. Предметом изучения в статье является процесс изготовления деталей аэрокосмической техники методом селективного лазерного плавления (СЛП) при использовании металлического порошка жаропрочного сплава Inconel 718. Целью является теоретическое определение приемлемых режимов процесса СЛП, обеспечивающих минимальный уровень пористости, высокий уровень герметичности и надежности деталей аэрокосмической техники. Задание: определить рациональные размеры ванны расплава относительно определенных параметров процесса; исследовать уровень пористости исходя из полученных значений ванны расплава; определить наиболее приемлемый режим процесса СЛП. Используемые методы: математические модели оптимизации, методы решения нелинейных задач. При проведении моделирования были учтены такие параметры как мощность лазерного излучения, скорость сканирования, размер лазерного пятна, температура плиты построения, толщина слоя порошка и шаг сканирования. Получены следующие результаты. Согласно полученным данным были определены оптимальные размеры ванны расплава, обеспечивающие стабильность и производительность процесса СЛП, минимальный уровень пористости, высокий уровень герметичности и надежности деталей аэрокосмической техники. Выводы. Научная новизна полученных результатов заключается в следующем: были получены значения оптимальных параметров процесса СЛП для изготовления дета-лей с минимальным уровнем пористости для материал жаропрочного сплава Inconel 718. Подтверждено, что возможно с высокой вероятностью спрогнозировать размеры ванны расплава, а также уровень пористости что изготавливаются методами LPBF, а именно СЛП. Было обнаружено, что оптимальный единичный трек был сформирован при двух комбинациях режимов сканирования, а именно: при мощности лазера 100 Вт, и скорости сканирования 600 мм/с; при мощности лазера 100 Вт и скорости сканирования 700 мм/с. По результатам моделирования, согласно критерию, уровень пористости (соотношение твердых частиц) составляет менее 0,5%, высокая скорость выращивания была определена при мощности 100 Вт, скорости сканирования 700 мм/с и расстоянии штриховки 0,1 мм.