Преимущества и недостатки лазерных аддитивных технологий

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Обучающегося____Сераевой Наили Ражабовны_________________________

(Ф.И.О.)

Группы____________________________________________________________

(Номер группы)

Направления/специальности12.04.05 Лазерная техника и лазерные технологии

(Шифр НПС, наименование)

Института (факультета), филиала, отделения СПОФизико-математический

Период практики с « __» ________ 201__ г. по « __» ________ 201__ г.

Место прохождения практики Кафедра Лазерных технологий, КАИ-Лазер(Наименование организации, предприятия / наименование подразделения организации, предприятия)

Вид практики:

[ ] учебная

[] производственная

[ ] производственная (преддипломная)

Задание руководителяпрактики отуниверситета:

Задание руководителяпрактики отпредприятия (заполняется для производственной, преддипломной практики):

Задание получил, ознакомлен и согласен:

«___» ____________ 201_ г.

ВВЕДЕНИЕ

1.Компетенции, формируемые в результате прохождения практики:

ОК-1 – способностью к абстрактному мышлению, обобщению, анализу, систематизации и прогнозированию;

ОПК-1 – способностью формулировать цели и задачи исследования, выявлять приоритеты решения задач, выбирать и создавать критерии оценки;

ОПК-3 –способностью использовать иностранный язык в профессиональной сфере;

ПК-1 –способностью разрабатывать математические модели объектов исследования и выбирать численный метод их моделирования (анализа), разрабатыватьновый или выбирать готовый алгоритм решения задачи;

ПК-2 –способностью выбирать оптимальный метод и разрабатывать программы экспериментальных исследований, проводить оптические, фотометрические иэлектрические измерения с выбором необходимых технических средств и обработкой полученных результатов;

ПК-10 –способностью разрабатывать технические задания на проектирование приспособлений, оснастки и специального инструмента, предусмотренныхтехнологией;

ПК-13 –способностью разрабатывать методы инженерного прогнозирования и диагностические модели состояния лазерных приборов, систем и комплексов впроцессе их эксплуатации.

2.Индивидуальное задание на практику

Овладеть способностью к абстрактному мышлению, обобщению и анализу. Выявить приоритеты решения задач выпускной квалификационной работы, выбрать и создать критерии оценки.Разработать математические модели коаксиальных сопел и выбрать численный метод их моделирования. Овладеть разработкой технических заданий на проектирование приспособлений. Разработать методы инженерного прогнозирования и диагностические модели состояния сопел для лазерной наплавки.

3.Место прохождения практики

Кафедра Лазерных технологий, КАИ-Лазер________________________

4.Время прохождения практики

Дата начала практики   «____»_______________20___г.

Дата окончания практики «____»_______________20___ г.

5.Должность на практике

Практикант________________________________________________________

(практикант, стажер, помощник, конкретная должность)

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ ОТЧЕТА

Преимущества и недостатки лазерных аддитивных технологий

Помимо видимого преимущества скорости изготовления изделий и, очень часто, в стоимости их изготовления, лазерные технологии имеют очень важное достоинство с точки зрения охраны окружающей среды и, в частности, эмиссии парниковых газов и теплового загрязнения. Аддитивные технологии имеют огромную способность в деле снижения энергетических затрат на создание самых разнообразных видов продукции. И наконец, степень использования AM-технологий в материальном производстве является верным индикатором реальной индустриальной мощи

Одно из основных преимуществ аддитивного производства по сравнению с традиционными процессами в том, что при изготовлении ряда деталей можно избавиться от некоторых технологических процессов. Можно, например, изготовить деталь целиком, так что отпадет необходимость в сборке. Это становится возможным, поскольку 3D печать позволяет изготавливать очень точные детали со сложной геометрией и сложными проходными сечениями.

Недавно ШекуКамара, директор консорциума по быстрому прототипированию в Инженерно-машиностроительной школе университета Милуоки, представил презентацию, в которой рассказал о производственной практике, проведенной в этом университете. В 2002 году там была сконструирована и изготовлена методами 3D печати задвижка с возвратно-поступательным движением штока. Были исследованы свойства получившегося изделия в сравнении с обычной задвижкой. Испытания показали, что изготовление подвижных деталей, цельных о-образных уплотнительных колец и резьбовых присоединительных концов арматуры – это вполне посильная задача; прототип самой задвижки был изготовлен целиком методом фотополимеризации. Тем самым показано, что этим методом возможно создать полноценные прототипы арматуры. А еще этот метод позволяет делать прототипы из полупрозрачных полимеров, так что можно следить за течением среды в арматуре (будь она жидкой, газообразной или вязкой, как нефть): испытатель видит всё, что происходит внутри. Использование 3D печати во вспомогательном производстве арматуры также обсуждается и уже происходит. Натан Ван Беселар, инженер-технолог по литью AmericanFoundryGroup, утверждает, что 3D печать – это первая настоящая инновация в сфере литья в песчаные формы за последние 200 лет. И, хотя эта технология пока достаточно дорогая в сравнении с традиционными, потрачено уже немало времени и сделано немало шагов в этом направлении. Ван Беселар обращает внимание на преимущества использования АМ-технологий для создания литейных форм для арматуры. «Пропадают ограничения для литниковой системы, расширяются возможности геометрии литья, сохраняется высокая точность при замене марок материалов», – говорит он. И «хотя 3D принтер имеет определенный размер, размер изделия не ограничен емкостью его рабочей камеры. Литейную форму можно изготовить по частям и соединить, чтобы получить нужный размер». Однако он в тоже время указывает и на ограничения. «Нельзя напечатать изоляцию, хотя можно вставлять изоляционные рукава в раззенкованные под них отверстия в форме», – говорит он. К тому же лишний песок нужно выбить из формы, созданной с применением 3D печати, «и хотя мы сейчас изучаем разные варианты добавок к кварцевому песку, пока успеха не достигли», – добавляет он. Времени процесс формовки с использованием АМ-технологий занимает явно меньше, но цены – запредельные. Однако, Дин Маркл, специалист по литью компании EmersonProcessManagement, работающий в литейном производстве уже более 30 лет, видит варианты, при которых мог бы появиться экономический эффект. Например, если модельная оснастка нужна разовая, а потому очень дорогая. «Если вам требуется заменить клапан, который уже 30 лет как не выпускается, но вам нужен именно он, то применение аддитивных технологий куда более эффективно, чем традиционных», – отмечает он. Вместо того, чтобы уповать на возможно где-то существующую 2D модель, «мы за несколько дней сделаем 3D модель, оснастим и запустим ее», и заимеем нужный клапан гораздо быстрее, говорит Маркл. АМ-технологии имеет смысл применять, если некая редкая деталь нужна где-то далеко. «Вы можете переслать файл в электронном виде в любую часть света, где у вас есть партнеры-литейщики, использующие АМ-технологии, и деталь будет изготовлена прямо там, на месте». Другими словами, «вместо того, чтобы высылать образец с одного литейного производства на другое, вы просто готовите и высылаете 3D модель, и вам больше не надо тратиться на доставку модели клапана туда, где он нужен», – уточняет он. По мнению Дэвида Ли, старшего вице-президента компании StratasysDirectManufacturing, аддитивное производство может иметь ряд других преимуществ, включая существенную экономию массы многих изделий6 . Технология позволяет объединить изготовление деталей или сократить расходы при производстве небольших партий, одиночных деталей или запасных частей. После того как изделия будут проверены и подогнаны под требования заказчика, АМ-технологии могут сэкономить время и деньги благодаря ускоренному появлению изделий на рынке. Г-н Ли также утверждает, что продукцию аддитивного производства может оказаться легче использовать и устанавливать. «Не нужно беспокоиться о лишних выступах и впадинах, о литниках и порах, можно сосредоточиться на функциональности изделия, забыв об ограничениях со стороны оснастки и инструмента», – говорит он. А поскольку таких ограничений нет, «можно спроектировать самые сложные контуры внутренних поверхностей, и изготовить требуемое как единую деталь, а не как несколько частей, которые придется потом собирать», – добавляет он.

Утверждение звучит странно. Возможно, сущность сказанного исказилась при изложении, а имелось в виду, что с помощью АМ-технологий существенно экономится материал за счет резкого сокращения отходов (прим. ред.). Джеймс Сирс, старший инженер-механик лаборатории аддитивного производства компании GE GlobalResearch, обращает внимание на то, что применение АМ-технологий вдвое снижает энергопотребление, а впоследствии нет необходимости в удалении излишка металла, можно снизить затраты на приобретение материалов на 90% в сравнении с традиционными технологиями производства.

При том, что АМ-технологии имеют немало достоинств, есть и определенные ограничения по их использованию. Как отметил господин Ли, очень высока стоимость промышленных принтеров, производителей таких установок мало, и с их стороны отсутствует поддержка выполнения новых опытно-конструкторских работ. Расходные материалы также дороги, а возможности их повторного использования в производственном процессе ограничены. К тому же рабочие допуски для продукции аддитивного производства меньше, чем для заготовок, подлежащих механической обработке. Чтобы выдержать размеры и внешний вид, нужна обработка после изготовления, при этом может иметь место анизотропия. В случае «изготовления по мере надобности» на месте встает вопрос о защите прав интеллектуальной собственности патентообладателя. Проблемы возникают оттого, что АМ-технологии развиваются слишком быстро, и за ними не поспевают ни правовые, ни социальные структуры, деятельность которых должна быть направлена на создание и разработку инструментов, защищающих права заинтересованных сторон. М-р Сирс уточняет, что решение всех вопросов квалификации материалов для аддитивного производства обходится очень дорого и может занимать пять и более лет. Он говорит, что особенно важно разбираться в процессе взаимодействия лазера и используемого материала. Надо понимать, в частности, как поглощается энергия внутри порошкового слоя, как размер и расположение частиц влияет на кинетику расплава и долю поглощенной мощности лазера. В процессе 3D печати могут иметь место неравномерности в термических процессах, приводящие к трещинам или к искажениям формы и размеров. Все эти проблемы следует оценить в сопоставлении с обычными технологиями, где вначале делается заготовка грубой формы, которая затем обрабатывается резанием с целью удаления лишнего. Свойства материала при обычном производстве известны и не могут меняться, тогда как при послойном синтезе свойства материала создаются вместе с изделием. В этом есть и плюсы, и минусы. Ведь коли свойства материала формируются прямо в процессе производства, их можно задавать, делая разными в разных местах изделия.