Разработчики Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) нашли способ модернизировать электронно-лучевую сварку и ускорить процесс 3D-печати металлических изделий, а также повысить их качество. Об этом ТАСС сообщили в пятницу в пресс-службе вуза.
"Аддитивные технологии - послойное изготовление деталей на основе компьютерной 3D-модели - активно используют в медицине, авиа- и машиностроении. С их помощью создают изделия любой, даже самой сложной геометрической формы с высокой скоростью. Для этого используют порошковые материалы, но они не всегда позволяют напечатать деталь нужного качества. Альтернативой является металлическая проволока. Изделие формируется путем осаждения расплавленного материала слой за слоем. Этот процесс происходит с помощью электронно-лучевой сварки. Но проблемой процесса электронно-лучевой наплавки проволочным материалом является сохранение центра осцилляции электронного пучка и центра присадочной проволоки на одной оси. Точность позиционирования пучка относительно проволоки значительно влияет на процесс наплавки и, как следствие, на качество изделия", - отметил доктор технических наук, проректор по разработкам и инновациям, профессор кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов ПНИПУ Дмитрий Трушников.
Разработчики Пермского политеха для решения этой проблемы создали математическую модель, которая автоматически контролирует отклонения электронного пучка по сигналам датчика обратной связи, что позволяет ускорить процесс наплавки и улучшить качество деталей. Модель построена на работе модели формирования сигнала излучения при взаимодействии луча и проволоки. Полученная зависимость выражена интегралом от кусочно-заданной функции. Его нахождение - сложная вычислительная задача, что делает использование результата на практике затруднительным. Ученые нашли приближенное представление для интегрального выражения в простом виде. Результаты позволили корректировать положение электронного луча с помощью сигналов датчиков.
"Для нахождения численного решения необходимо время и ресурсы вычислительных систем. Построенная модель позволяет получить необходимую информацию о положении электронного пучка с минимальными затратами вычислительных ресурсов, с наперед заданной точностью за минимальное время. Для большинства задач будет достаточно первого приближения, а для увеличения точности можно использовать полученную формулу в более полном виде", - пояснила кандидат физико-математических наук, доцент кафедры высшей математики университета Елена Кротова.
По словам ученых, результаты их работы позволят использовать математическую модель в связке с быстродействующими микроконтроллерами. На основе этого можно создать системы оперативного управления, которые улучшат качество наплавляемых изделий. Исследование разработчиков политеха было выполнено при поддержке программы академического стратегического лидерства "Приоритет-2030" и опубликовано в журнале "Дефектоскопия" 2022 года.
О вузе
Пермский политех стал обладателем гранта "Приоритет-2030" в размере 100 млн рублей в 2021 году. "Приоритет-2030" является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений, цель которой - формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов - центров научно-технологического и социально-экономического развития страны.