Фильтровентиляционные системы в установках прямого лазерного выращивания

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 5
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 10
1.1 Анализ существующих фильтровентиляционных систем 10
1.1.1 ФВУ для SLM установки 10
1.2 Виды порошковых материалов, применяемых в технологии прямого лазерного выращивания 14
1.3 Негативные влияния металлических порошков на организм человека 16
1.4 Виды ФВУ и принцип их работы 18
1.4.1 Передвижные фильтровальные установки 18
1.4.2 Навесные механические фильтровальные установки 20
1.4.3 Центральные фильтровальные установки 21
1.5 Виды фильтров 23
1.5.1 Фильтр грубой отчистки 23
1.5.2 Фильтр абсолютной отчистки 25
1.5.3 Электростатический фильтр 29
1.5.4 Угольный фильтр 30
1.5.5 Фильтр с функцией самоочистки. 32
1.5.6 Фильтр без функции самоочистки 32
1.6 Виды вентиляторов 33
1.6.1 Вихревой вентилятор 33
1.6.2 Радиальный вентилятор 35
2 РАЗРАБОТКА ФВУ 38
3 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 50

Весь текст будет доступен после покупки

Технологический прогресс не стоит на месте, с каждым днем происходит усовершенствование технологий, что позволяет использовать новшества в различных сферах жизни человека. Одни из самых передовых и востребованных во всем мире являются аддитивные технологии.
Аддитивное производство (Additive Manufacturing) – это создание изделий, основанное на поэтапном добавлении материала на основу в виде плоской платформы [1]. Таким образом, суть аддитивного производства – в послойном формировании изделия, то есть исходный материал используется на создание изделия, с минимальным перерасходом сырья, что выгодно отличает данные технологии от традиционных методов производства изделий, где соотношения массы готового изделия относительно массы заготовки составляет порядка 10%.
LMD (Laser Metal Deposition) – прямое лазерное осаждение или прямое лазерное выращивание с использованием прямой подачи порошка. В процессе прямого лазерного выращивания изделие формируется из металлического порошка, подаваемого сжатой струей газа через сопло непосредственно в зону воздействия лазерного излучения.

Весь текст будет доступен после покупки

1.1.1 ФВУ для SLM установки
Ближайшее известное решение для фильтрации атмосферы в рабочей камере выполнено для метода аддитивных технологий SLM.
SLM (Selective Laser Melting) – селективное лазерное сплавление (синтез или спекание) технология изготовления металлических изделий при помощи плавления порошковых составов лазером. В рабочую камеру подается тонкий слой порошка в количестве, необходимом для первого слоя. Материал наносится на подвижную рабочую платформу, которая перемещается по оси Z. Порошок так же разравнивается специальным роликом, излишки удаляются. Во время работы камера заполняется инертным газом – чаще всего аргоном или азотом с низким содержанием кислорода. Далее лазер сплавляет вместе металлический порошок по контуру первого слоя. В направления X и Y устройство лазер ориентируется за счет специальных сканирующих зеркал. После завершению процедуры платформа опускается и процесс повторяется. Эти шаги выполняются вплоть до полного воспроизведения объекта [4]. Схема работы установки представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема работы SLM установки
На рисунке 4 представлена установка EOS M 400.

Рисунок 4 – Установка EOS M 400
В таблице 1.1 представлены характеристики установки.
Таблица 1.1 – Характеристики EOS M 400
Параметр, ед. измерения Значения
Размер выращиваемого изделия (мм) 400 х 400 х 400
Скорость сканирования (м/с) До 7
Тип лазера Волоконный
Мощность лазера (Вт) 1000
Подача инертного газа (м3/ч) 15
Толщина слоя (мкм) 100
ФВУ в установке EOS M 400 работает по замкнутому типу, система фильтрации циркуляционного воздуха состоит из установленного в машине фильтра грубой очистки, фильтра тонкой очистки, системы фильтрации отработавших газов, всасывающего сопла в технологической камере для отсасывания содержащего частицы защитного газа, дутьевых сопел в технологической камере для подачи фильтрованного защитного газа, а также шланговых соединений между этими компонентами.
После закрывания дверцы технологической камеры и запуска процесса построения технологическая камера и система фильтрации циркуляционного воздуха заполняется защитным газом.
При запуске процесса построения автоматически включается вентилятор системы фильтрации циркуляционного воздуха и отсасывает через соответствующий шланг и всасывающее сопло содержащий частицы защитный газ из технологической камеры.
В системе ФВУ защитный газ фильтруется через два уровня фильтрации:
• Уровень грубой очистки: Фильтр грубой очистки отфильтровывает частицы металлического конденсата из атмосферы и защитного газа. Через регулярные интервалы времени фильтрующие элементы уровня грубой очистки автоматически очищаются посредством импульса давления, и частицы металлического конденсата собираются в сборной емкости для частиц.
• Уровень тонкой очистки: Мельчайшие металлические частицы, которые смогли пройти через фильтр грубой очистки, удаляются из защитного газа в фильтре тонкой очистки.
Отфильтрованный защитный газ подается через дутьевые сопла к полю построения в технологическую камеру. Создаваемый при этом поток непрерывно удаляет частицы из защитной атмосферы, которые нарушают процесс построения, например, металлические частицы или частицы металлического конденсата в рабочей зоне лазерного луча [5]. Схема ФВУ представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Схема ФВУ для EOS M 400
В технологии прямого лазерного выращивания порошок более тяжелый и быстро оседает, в отличии от селективного лазерного сплавления, что в свою очередь не требует мер по сбору и отслеживанию наполненности бункера порошком. Так же будет излишним фильтр тонкой очистки, так как инертная атмосфера многократно циркулирует через фильтровентиляционную установку и при использовании фильтра более высокого класса очистки можно избавиться от дополнительного фильтра.
1.2 Виды порошковых материалов, применяемых в технологии прямого лазерного выращивания
Современные аддитивные технологии предполагают применение не менее двадцати протестированных и готовых к использованию материалов. По причине того, что металлов очень много и они все обладают определенными свойствами, один металл можно заменить другим в зависимости от технологических задач. К примеру, если в технологической цепочке необходимо задействовать титановый сплав, то технолог сможет выбрать один из множества титановых сплавов с теми свойствами, которые нужны для производства конкретного изделия. В качестве материала в основном используются порошки из сплавов на основе никеля, в том числе жаропрочных (типа Inconel 625), кобальта, в том числе высокопрочных (типа Stellite 6), хрома, железа, меди, титана. Порошки обязательно должны иметь сферическую форму частиц. Это связано с тем, что такие частицы более компактно укладываются в определенный объем, а также необходимо обеспечить «текучесть» порошковой композиции в системах подачи материала с минимальным сопротивлением.
Нержавеющие сплавы: 17-4PH, AISI 410, AISI 304L, AISI 316L, AISI 904L. В эту категорию входят сложнолегированные стали с содержанием хрома (не менее 12%). Оксид хрома формирует на поверхности металла коррозионностойкую пленку, которая разрушается под воздействием механических повреждений или химических сред, но восстанавливается в результате реакции с кислородом. Нержавеющие сплавы используются в производстве пружин, клапанов гидравлических прессов, арматуры крекинг-установок, сварной аппаратуры, работающей в агрессивных средах, и изделий, используемых при высоких температурах (+550…800°C).
Никелевые сплавы: Inconel 625, Inconel 718. Никель обладает способностью растворять в себе многие другие металлы, сохраняя при этом пластичность, поэтому существует множество никелевых сплавов. Например, в соединении с хромом они широко применяются в авиационных двигателях, из них изготавливают рабочие и сопловые лопатки, диски ротора турбин, детали камеры сгорания и т.п. Наиболее жаропрочными являются литейные сложнолегированные сплавы на никелевой основе, которые выдерживают температуры до +1100°C в течение сотен и тысяч часов при высоких статических и динамических нагрузках.
Стеллит 6: Stellite 6. Это наиболее широко используемый износостойкий сплав на основе кобальта, обладающий хорошей универсальной производительностью. Он считается отраслевым стандартом для износостойких применений общего назначения, обладает отличной устойчивостью ко многим видам механической и химической деградации в широком диапазоне температур, и сохраняет приемлемый уровень твердости вплоть до 500°C (930°F). Сплав также обладает хорошей ударной вязкостью и стойкостью к кавитационной эрозии.
Титановые сплавы: Ti6Al4V, Ti6Al7Nb. Ti6Al4V – наиболее распространенный сплав титана с превосходными механическими свойствами. Считается самым прочным и жестким титановым сплавом, отличается особо высокой сложностью обработки. Имеет плотность 4500 кг/м? и прочность на разрыв более 900 МПа. Сплав Ti6Al4V обладает неоспоримым преимуществом в плане снижения веса изделий в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение и кораблестроение. Данные сплавы используются, в частности, при производстве вкладок в пресс-формы, турбинных лопаток, камер сгорания, а также изделий, предназначенных для работы при высоких температурах (до +1100°C) [6].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Ростек: сайт. – URL: https://rostec.ru/news/additivnye-tekhnologii-v-deystvii/. (дата обращения: 08.04.2023). – Текст: электронный.
2. Туричин Г.А., Климова О.Г., Земляков Е.В., Бабкин К.Д., Колодяжный Д.Ю., Шамрай Ф.А., Травянов А.Я., Петровский П.В. Технологические основы высокоскоростного прямого лазерного выращивания изделий методом гетерофазной порошковой металлургии. – 2015. С. 397 – 406.
3. Совплим: сайт. – URL: https://sovplym.ru/blogs/kak-svarochnyj-dym-porazhaet-nervnuyu-sistemu/. (дата обращения: 10.04.2023). – Текст: электронный.
4. ЛЛС Марк: сайт. – URL: https://lls-mark.ru/technologies/additivnye-tekhnologii/slm/. (дата обращения: 10.04.2023). – Текст: электронный.
5. Компоненты и дополнительное оборудование: Инструкция по эксплуатации EOS M 400. С. 95 – 96.
6. Хабр: сайт. – URL: https://habr.com/ru/compan-ies/iqb_technologies/articles/443532/ (дата обращения: 11.04.2023). – Текст: электронный.
7. НПП Электрохимия: сайт. – URL: https://zctc.ru/sections/econickl. (дата обращения: 13.04.2023). – Текст: электронный.
8. ECO MUSEUM: сайт. – URL: https://ecomuseum.kz/pro-ekty/chemical-safety/problems/hazardous-substances/heavy-metals/ (дата обращения: 13.04.2023). – Текст: электронный.
9. Электролюкс: сайт. – URL: https://eurolux.ru/ (дата обращения: 14.04.2023). – Текст: электронный.

Весь текст будет доступен после покупки