Способ многофазного отверждения струи mjs
Быстрое прототипирование (RP) системы были разработаны, чтобы уменьшить время, затрачиваемое на разработку новых продуктов, и на сегодняшний день доступны системы RP работать с различными методами с использованием бумаги, полимеров и восков. Для того, чтобы выполнить требование для прямого производства металлических прототипов для функционального применения и тестирования, Институт Фраунгофера для прикладных исследований материалов (IFAM) разработала новый процесс, названный "многофазной струи затвердевания (MJS), который способен производить металлических или керамических деталей. Процесс MJS использует легкоплавких сплавов или порошковым связующим смесь, которая выдавливается через управляемый компьютером сопло. Части производится слой за слоем, и «зеленые части" debinded и спекают для достижения конечной плотности. Представляет опытом использования новой техники, а также некоторые результаты.
Развитие многофазных Jet затвердевания (МДС), процесс продолжился в IFAM в сотрудничестве с МПА Фраунгофера в Штутгарте. Процесс MJS похож на процесс ФДМ: воск загружаются примерно 50 объемных процентов металлического порошка выдавливается через сопло для создания части контура. Эта система была использована для производства деталей из карбида кремния, титана, нержавеющей стали 316L, алюминия и бронзовых порошков. Говорят, что быть применимы к любой материал, который может быть успешно формируется металла методом литья под давлением. Многолетний опыт IFAM в порошок обработки и формовки металлов инъекции использованы в последующих депарафинизации и спекания шаги. Сопло в использовании во время визита JTEC / WTEC команда была не менее 1,0 мм в диаметре и производимых деталей со значительным scalloping.
Лазерный синтез металлов
Лазерный синтез
Твердофазный лазерный синтез обеспечивает высокую точность изготовления изделий за счет использования мелкодисперсного порошка, отсутствия полимерных связующих веществ и спекания частиц порошка без перехода метала в жидкую фазу и связанных с ним усадок. Построение осуществляется послойно по данным 3D CAD модели. Толщина слоя (20-50 мкм) зависит от крупности частиц используемого порошка, требований к точности и механическим характеристикам изделия и задается оператором при настройке установки лазерного синтеза.
Отсутствие усадок и точность изготовления также достигаются за счет использования, при необходимости, разогретой печи, которая сообщает материалу дополнительную энергию для спекания частиц порошка. Поскольку и бункер с расходным материалом, и рабочая зона с деталью нагреваются до одинаковой температуры, устраняются температурные градиенты и коробление строящегося изделия. Фирма PHENIX SYSTEMS и ее партнеры ведут исследовательскую программу для совершенствования технологии и поиска новых областей ее применения.
Области применения лазерного синтеза
Основными областями применения лазерного синтеза являются быстрое изготовление оснасткии быстрое изготовление металлических деталей. Можно строить вкладыши в формы для инжекционного литья, литья под давлением и т.д. Что касается «быстрого производства», то здесь основная идея использования лазерного синтеза заключается в выращивании деталей для функциональных испытаний или в качестве опытных образцов на этапе разработки изделия.
Технология лазерного синтеза не имеет ограничений, неизбежных для традиционной металлообработки, особенно если речь идет об изделиях с глубокими подрезами или отверстиями.
Изготовление вставок в формы для инжекционного литья пластмасс уже стало традиционной областью применения лазерного синтеза, особенно когда речь идет об оснастке для опытных партий изделий или для мелкосерийного производства. Как правило, опытная партия пластмассовых отливок может быть готова в течение 1-3 недель после создания 3D CAD модели. Важнейшим достоинством послойного построения является возможность создания охлаждающих каналов и их оптимальное размещение в форме. Конформные охлаждающие каналы, расположенные в критических участках формы, повышают срок ее службы, улучшают теплоотвод, ускоряют охлаждение формы, повышая производительность, и позволяют получать отливки высокого качества.
Другой потенциальной областью применения лазерного синтеза металлов является изготовление функциональных прототипов деталей, обычно изготавливаемых методами порошковой металлургии. Этому способствуют высокая точность процесса (±50 мкм) и разрешение (толщина слоя 2050 мкм). Применение лазерного синтеза для прямого изготовления функциональных прототипов оправдано с экономической точки зрения:
Не нужна металлическая оснастка; функциональные металлические изделия строятся по 3D CAD файлу;
Высокая скорость изготовления (1-3 дня);
Не нужно генерировать траектории инструмента;
По механическим характеристикам построенные детали сравнимы с изготавливаемыми традиционными способами;
Высокая точность.
Таким образом, можно сказать, что лазерный синтез металлов может применяться для изготовления:
Прототипов изделий, обычно изготавливаемых методами порошковой металлургии;
Прототипов изделий, изготавливаемых литьем под давлением;
Прототипов изделий сложной формы (которые трудно изготовить другими способами).
Внедрение этой технологии позволяет резко сократить затраты на подготовку производства и сроки выпуска изделий. Ее сочетание с методами быстрого прототипирования должно стать главной стратегической линией развития передовых предприятий и всей промышленности в целом.
DMD-технология
DMD-технология (Direct metal deposition – прямое нанесение металлов) создает детали из металлов и сплавов, их свойства на 20% лучше стандартных. Технология сочетает в себе пять общеизвестных технологий: лазеры, САD-, CAM- сенсоры и порошковую металлургию. Луч лазера фокусируется на заготовку или прессформу из инструментальной стали для образования зоны расплавленного металла. Металлический порошок, инструментальная сталь или чистая медь подводится из подающего лотка с помощью инертного газа в форсунку и тонкой струей впрыскивается в область расплава для увеличения ее объема. Луч лазера, управляемый компьютером, перемещается в соответствии с геометрией детали и послойно выращивает деталь. Скорость построения из инструментальной стали Н 13 составляет 66 см3, время остывания – 103-106 градусов в секунду. Сочетание конформного охлаждения с медными теплоотводами сокращает время охлаждения на 50%. Точность процесса составляет ± 0,005 дюйма, а толщина покрытия – от 1 до 10 мм. Рабочий конверт составляет 24 дюйма по всем осям.
По сравнению с традиционными способами изготовления оснастки, сроки ее выпуска сокращаются на 65% благодаря возможности добавлять металл, превращать опытную оснастку в промышленную и устранять дефекты механообработки. Поскольку процесс полностью автоматизирован, экономия денег составляет 35%.
Конформные охлаждающие каналы повышают производительность оснастки. Проведенные испытания показали, что созданные формы для инжекционного литья с внедренными медными «тепловыми стоками» (скрытыми под стальной поверхностью промышленной формы) могут сократить цикл формовки деталей с наружной обрезкой с 90 до 65 секунд – производительность формы повышается на 33%. В этом же случае количество отходов из-за тепловых меток было снижено с 5% до 1,2%.
Струйные технологии в энергетике
В отличие от известных преобразователей энергии – ветровых, солнечных и термальных, эффективность преобразования энергии в струйных газотурбинных двигателях с эжекционным процессом не зависит от географических, временных и погодных условий, а их удельная мощность значительно выше и сопоставима с мощностью двигателей традиционных схем. Используемый принцип воздушного теплового насоса позволяет преобразователям энергии работать как с разомкнутым циклом и с рабочим телом – атмосферным воздухом, так и в воздухонезависимых системах по замкнутому циклу.
Неравномерный нагрев газов, сжатых под действием гравитации, вызывает изменения давления и нарушает равновесное состояние атмосферы, при восстановлении которого потенциальная и тепловая энергия воздушных масс преобразуются в кинетическую.
Нарушать равновесное состояние атмосферы для преобразования потенциальной энергии воздушных масс в кинетическую можно и за счет управляемых локальных воздействий, например, в эжекторных устройствах. В эжекционном процессе – параллельного присоединения к стационарной реактивной струе, тяга увеличивается без дополнительных затрат энергии топлива за счет неуравновешенной силы внешнего давления на входной раструб (заборник) эжектора. Появление силы связано с понижением давления на стенках раструба при втекании в него эжектируемого воздуха. Эта сила при восстановлении равновесного состояния в эжекторном насадке обеспечивает ускорение присоединяемых масс вслед за газовой массой импульсов без уменьшения кинетической энергии активной струи.
Экспериментально подтверждено: в результате процесса последовательного присоединения дополнительных масс реактивная тяга и кинетическая энергия объединенной массы больше тяги и кинетической энергии активной струи.
Для демонстрации процесса в действии в качестве силового элемента можно использовать серийный турбинный модуль маломощного турбовального газотурбинного двигателя (ГТД). А для подготовки рабочего тела, образующего активную струю, и получения объединенной реактивной массы – автономный компрессор любого типа и ресивер с пневмоклапаном. Устройства можно применять не только для генерации энергии на электростанциях, но и в различных транспортных средствах в качестве двигателя. При эжектировании атмосферного воздуха пульсирующей струей продуктов сгорания О.И. Кудриным был получен прирост реактивной силы до 140%, т.е. тяга увеличилась в 2,4 раза. Кинетическая энергия объединенной реактивной массы может быть увеличена более чем в 10 раз по сравнению с кинетической энергией активной струи, т.к. в зависимости от параметров процесса присоединения может увеличиваться не только реактивная масса, но и ее скорость. Кинетическая энергия не рассеивается в атмосфере, как при создании реактивной тяги движителя, а почти полностью используется для воздействия на лопатки турбины. Т.е. большая часть мощности получается за счет преобразования потенциальной энергии и низкопотенциальной теплоты сжатых под действием гравитации газов в кинетическую энергию воздушной массы, создающей момент на силовом валу.
Установка
прямого нанесения металла
Детали, полученные гидроабразивной резкой
Список литературы
С.Г. Ярушин «Технологические процессы в машиностроении», Пермь 2011
http://www.mmsv.ru/articles/285/1580/
http://www.techbuss.ru/files/phenix_2007.pdf
http://www.tehsovet.ru/article-2005-4-5-766?prn=1