Использование аддитивных технологий при изготовлении сопел сварочных горелок

Аддитивные технологии находят применение в различных отраслях промышленности, в том числе, сварочном производстве.

Изготовление сопелсварочных горелок со сложной формой внутренней поверхности можно выполнять по технологии лазерного запекания металлического порошка (SLS)илис использованием полимеров. Для изготовления сопла и других деталей выбрали метод струйной трехмерной печати (3DP). Этот метод прототипирования позволил на основе математической модели при помощи 3D-принтера получить послойно созданный прототип сопла горелки, обеспечивающее устойчивую защиту сварочной зоны при ветровых нагрузках. В качестве материала использовали  термостойкий полибензоимидазол (PBI) и полиэфирэфиркетон (РЕЕК). С помощью такой технологии возможно производство литейных форм с последующей отливкой металлических сопел. Этот пластик обладает высокой температурной стойкостью (+310 °С постоянно и до +500 °С кратковременно), прочностью, низким коэффициентом теплового расширения. Для прототипирования сопла на кафедре «Теория и технология сварки материалов» СПбПУ разработали и собрали 3D принтер из готовых модулей на основе микроконтроллера, работающего по определенной компьютерной программе (Repetier-Host) (рис. 7).

Рис. 7. Модули для принтера: экструдер, микроконтроллер, плата

 в сборе, драйвер, двигатель

Экструдер установлен на каретке, скользящей на двух цилиндрических валах, приводится в движение с помощью шаговых двигателей с ременной передачей. Горячий стол установлен на платформе с винтовым приводом и приводится в движение так же с помощью шагового двигателя (рис. 8).

Рис. 8. Вид 3D-принтера

Производственный цикл начинается с обработки трехмерной цифровой модели. Вначале вводятся исходные данные по разрабатываемому изделию. Расчёты и необходимая корректировка детали производятся без лишних финансовых затрат на эксперименты. Например, при производстве сопел из полимеров, по расчетам, произведенным с помощью программы, становиться известен вес, объём и время изготовления, а так же станет видно, в каком месте не соблюдается конфигурация образующей сопла (рис. 9).

Рис. 9. Программный анализ 3D-модели

Далее по информационным данным модели создаётся специальный код, который задаёт команды на движения и количество выдавливаемого из экструдера пластика, руководствуясь алгоритмом работы микропроцессора. После чего выдается полная информация о предстоящей работе и наглядный пример послойного формирования модели сопла (рис. 10).

Рис. 10. Программная визуализация изготовления модели сопла

Применение аддитивных технологий позволяет изготавливать сопла сварочных горелок сложной формы, например конфузорных, высокого качества при минимальной трудоёмкости.

Контрольные вопросы к разделу 1

1. Сущность и разновидности аддитивных технологий.

2. От чего зависит спектр применения прототипов, полученных по SLA-технологии?

3. Что представляет собой селективное лазерное спекание – SLS-технология?

4. Сущность послойного лазерного спекания (сплавления) металлопорошковых композиций.

5. Какие достоинства технологии струйной печати – InkJet- или PolyJet-технологии?

6. Какие сдерживающие факторы препятствуют внедрению аддитивных технологий в России?

7. Какие расходные материалы используются в аддитивных технологиях?

8. Характеризуйте основные методы аддитивного производства.

9. Покажите возможность применения аддитивных технологий, в сварочном производстве.