ВВЕДЕНИЕ 5
1. Обзор и систематизация литературных и патентных данных в области аддитивных
технологий 7
1.1. Аддитивные технологии - базовые принципы, 7
1.2. Технология послойного наплавления, 9
2. Разработка оптимальных рецептур термопластичных суспензий 13
3. Технология получения сложнопрофильных керамических изделий методом 3D печати 20
4. Исследование керамических структур, полученных по аддитивной технологии 30
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 37
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
Опираясь на мировой опыт в развитии современных подходов физического материаловедения и новых технических решений необходимо признать, что изготовление узлов и отдельных деталей из новых конструкционных и функциональных материалов без развития аддитивных технологий (АТ) осуществить невозможно. Полноценное внедрение аддитивных технологий в производственный процесс обеспечит революционный прорыв в промышленности. Другие производственные процессы требуют тщательного и подробного анализа геометрии изделий, чтобы определить последовательность операций и применяемых инструментов для их изготовления. Аддитивные технологии, прежде всего, позволяют с минимальными затратами реализовать любые конструкторские и инженерные идеи в наукоёмких отраслях производства, таких, как авиастроение, двигателе- и моторостроение, ракетостроение, современные электронные приборы и др. Расширение номенклатуры стандартизированных материалов для аддитивных технологий будет способствовать их внедрению в массовое производство, что позволит в кротчайшие сроки вывести страну на новый технологический и экономический уровень.
Осуществляемое в настоящее время интенсивное освоение и внедрение аддитивных технологий ведущими странами мира связано с такими их преимуществами, как:
- возможность производства уникальных изделий произвольной, сверхсложной формы с заданными свойствами без затрат на технологическую подготовку,
- снижение расходов на логистику доставку и склад,
- снижение объемов механообработки и повышение коэффициента использования материалов,
- высокая гибкость и скорость процесса производства деталей,
- сокращение сроков изготовления деталей и сокращение времени проведения научных исследований, опытно-конструкторских и технологических работ и, как следствие, значительное сокращение сроков выхода новой продукции.
В промышленности РФ идёт активное осмысление границ целесообразной применимости аддитивных технологий. Для освоения и внедрения АТ в производство необходимо проведение исследований и разработок российского оборудования и порошков. Российской промышленности необходимы справочники на получаемые по данной технологии свойства материалов. Между тем в многочисленных исследованиях зарубежных авторов [1] приводятся данные о свойствах материалов, полученных по аддитивным технологиям на металлической основе. Разнообразие металлических порошковых материалов, используемых для ЛТ продолжает расширятся. В настоящее время существует около 29 металлов в виде порошков, в том числе нержавеющие стали, алюминиевые сплавы, инструментальные стали, сплавы на основе Со, Ni, Mo, Al, Cu, в достаточной степени изученных при получении изделий из них с применением аддитивных технологий [2, 3].
Основные разработанные к настоящему времени способы производства изделий с применением аддитивных технологий основываются на послойном лазерном спекании/сплавлении металлических порошков. Попытки использования порошков тугоплавких соединений (керамических порошков) в данной технологии показали невозможность получения бездефектной структуры за счет специфики атомного взаимодействия в керамиках [4]. Таким образом, в области тугоплавких композиционных и керамических материалов до сих пор не существует универсального метода получения сложнопрофильных изделий по аддитивным технологиям. Большое количество работ посвящается альтернативным (гибридным) подходам по формированию качественной структуры керамических изделий и разработке композиционных материалов [5]. Таким образом, разработка новых научно-технических решений по получению изделий из керамики с применением аддитивных технологий, является перспективным и актуальным направлением развития передовых производственных технологий.
Целью работы является проведение исследований и разработок технической схемы 3D принтера для послойного выращивания сложнопрофильных изделий из керамики и экспериментальная реализация разработанной схемы.
В ходе выполнения данной работы была разработана и реализована на практике техническая схема 3D принтера для послойного выращивания сложнопрофильных изделий из керамики.
Подготовлены термопластичные суспензии на основе керамических порошков для лабораторных испытаний технологии послойного наплавления.
Показана возможность получения аддитивных керамических структур из термопластичных суспензий с контролируемыми реологическими свойствами. Для реализации способа послойного наплавления материала создана оригинальная система, учитывающая конструктивные особенности и массу экструдера, а также контроль параметров подачи термопластичных суспензий.
Был сконструирован и собран 3D принтер, способный изготавливать изделия из термопластичных суспензий на основе оксида алюминия и диоксида циркония методом послойного наплавления.
Исследования показали, что образцы изделий, полученные по аддитивной технологии, по своим характеристикам не уступают деталям, произведенным по традиционным технологиям. Микротвердость образцов не превышает 24 ГПа, модуль упругости до 350 ГПа, а прочность образцов на изгиб составляет (240+20) МПа.
