Исследование вариантов применения быстрого прототипирования для промышленного производства изделий из композитных материалов

Введение
1 Литературный обзор
1.1 Быстрое прототипирование деталей и их виды
1.2 Композиционные материалы
1.3 Композиционные материалы на основе стали и карбида титана
1.4 Методы получения композиционного материалы на основе стали и карбида титана
1.5 Выбор упрочняющей фазы
Результаты и выводы к главе
2 Оборудование и материалы, методы исследования
2.1 Конструкция ламельной крыльчатки: особенности и требования
2.2 Материалы и оборудование
2.3 Технология 3Dпечати при изготовлении деталей из карбида титана и методы исследования
2.4 Процесс изготовления прототипа на 3D-принтере
Результаты и выводы к главе
3 Исследование структуры и свойств композиционного материала из стали и карбида титана
3.1 Структура композиционного материала
3.2 Механизм образования фаз
3.3 Химический и фазовый состав композиционного материала
3.4 Формирование кольцевых структур и сложных карбидов
3.5 Влияние содержания карбида титана в смеси порошка на яркостную температуру
Результаты и выводы к главе
4 Испытание механических свойств и долговечность
4.1 Методы оценки качества изготовленной детали
4.2. Механические свойства
4.3 Испытания механических свойств и долговечности
4.4 Распределение твердости
4.5 Техника безопасности жизнедеятельности
Заключение
Список используемых источников

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность темы исследования. Современное промышленное производство предъявляет все более высокие требования к качеству, функциональности и эксплуатационным характеристикам изделий. В этой связи, разработка и внедрение новых материалов и технологий, позволяющих создавать изделия с заданными свойствами, является ключевым фактором повышения конкурентоспособности предприятий. Композиционные материалы, благодаря возможности сочетания различных компонентов и получения уникальных характеристик, находят все более широкое применение в различных отраслях промышленности, таких как авиастроение, автомобилестроение, судостроение, энергетика и медицина.
Однако, традиционные методы производства изделий из композиционных материалов, такие как литье, прессование, экструзия, обладают рядом ограничений, связанных с высокой трудоемкостью, длительным временем изготовления, сложностью получения изделий сложной формы и большими объемами отходов. В то же время, быстрое прототипирование, или аддитивные технологии, открывают новые возможности для создания изделий из композиционных материалов с высокой точностью, сложностью и индивидуализацией.
Быстрое прототипирование позволяет изготавливать изделия путем послойного нанесения материала на основе цифровой модели, что позволяет существенно сократить время разработки и производства, снизить затраты на материалы и инструмент, а также создавать изделия с оптимизированной структурой и свойствами. Применение быстрого прототипирования для промышленного производства изделий из композитных материалов является перспективным направлением, которое может привести к революционным изменениям в промышленности.
Степень разработанности темы исследования. Вопросам применения быстрого прототипирования для создания изделий из полимерных, металлических и керамических композиционных материалов посвящено значительное количество научных работ и исследований. Разработка и применение технологий прямого лазерного нанесения (Direct Energy Deposition, DED) для создания металлических деталей рассматриваются в работах таких ученых, как Е.В. Затеева, А.А. Попов, В.Н. Аникеев. Изучению свойств и структуры композиционных материалов на металлической основе посвящены работы А.М. Братухина, Ю.В. Милениной, И.В. Лобанова. Методы моделирования процессов быстрого прототипирования и оптимизации параметров процесса рассматриваются в работах О.В. Сошникова, М.Ю. Колпакова, А.А. Иванова.
Однако, несмотря на значительный прогресс в области быстрого прототипирования композиционных материалов, остается ряд нерешенных проблем, связанных с выбором оптимальных материалов и параметров процесса, обеспечением высокого качества и воспроизводимости изделий, а также с разработкой методов контроля и диагностики. Необходимы дальнейшие исследования, направленные на изучение влияния различных факторов на структуру и свойства композиционных материалов, создаваемых методом быстрого прототипирования, а также на разработку новых технологий и оборудования, позволяющих получать изделия с заданными характеристиками.
Целью работы является исследование возможностей применения быстрого прототипирования для промышленного производства изделий из композиционных материалов на основе стали и карбида титана, а также разработка рекомендаций по оптимизации процесса и улучшению свойств получаемых изделий.
Для достижения цели решались следующие задачи:
1. Провести анализ существующих методов быстрого прототипирования и выбрать наиболее подходящий для производства изделий из композиционных материалов на основе стали и карбида титана.
2. Определить оптимальные составы порошковых смесей на основе стали и карбида титана для использования в процессе быстрого прототипирования.
3. Исследовать влияние параметров процесса быстрого прототипирования (мощность лазера, скорость сканирования, толщина слоя) на структуру и свойства получаемых изделий.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Литературный обзор


1.1. Быстрое прототипирование деталей и их виды.


Быстрое прототипирование — это группа технологий для быстрого создания физических образцов, моделей или деталей напрямую по цифровым 3D-моделям. Эти технологии работают по принципу послойного наращивания материала, что позволяет быстро перейти от идеи к готовому объекту для проверки концепции, функционального тестирования или оценки дизайна.
В настоящий момент широко используются следующие лазерные методы быстрого прототипирования [18]:
В таблице ниже приведены некоторые из распространенных технологий быстрого прототипирования.

Таблица 1.1 ? технологии быстрого прототипирования.
Метод/ Технология Принцип работы Применимость к сталь/TiC Ключевые преимущества Недостатки
SLS / SLM (Селективное лазерное спекание/плавление) Лазер послойно сплавляет частицы порошка Высокая. Наиболее прямой и эффективный метод. Используется готовый композитный порошок (сталь+TiC). Высокая плотность и прочность готовых изделий. Высокая точность и детализация. Возможность создания сложных внутренних структур Высокая стоимость оборудования и материалов. Необходимость опорных структур. Ограниченный размер области построения.
DED (Направленное энергетическое осаждение) Порошок или проволока подается в зону фокусировки лазера и наплавляется на подложку. Средня. Подходит для ремонта и наплавки покрытий. Может использоваться для крупногабаритных деталей. Высокая скорость наплавки. Возможность работы с крупногабаритными деталями. Возможность ремонта существующих компонентов. Низкая точность и шероховатость поверхности. Сложность получения мелких деталей. Требуется последующая механическая обработка.

FDM/FFF (Послойное наплавление) Экструзия термопластичной нити, наполненной метал-лическим порошком. Низкая. Не применимо напрямую. Подходит лишь для создания форм для последующего литья или спекания (технология MIM). Низкая стоимость оборудования.Широкая доступность. Невозможность получить чисто металлическое или керамическое изделие напрямую. Низкие механические свойства "зеленой" детали.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Азаров С.М. Многослойная керамика на алюмосиликатной основе для фильтрации ветеринарных препаратов // Стекло и керамика. – 2004. – №7. – С.15- 17.
2 Алымов М.И., Анкудинов А.Б., Агафонов К.Н. и др. Влияние размера зерна на плотность объемных нанокристаллических материалов // Металлы. – 2005. - №3. - С. 95-97.
3 Алымов М.И., Зеленский В. А., Анкудинов А. Б. Пористый материал из порошка карбида титана// Перспективные материалы. – 2009.-№ 4.-С.75-78.
4 Алымов М.И. Порошковая металлургия нанокристаллических материалов. - М.: Наука, 2007. - 169 с.
5 Алымов М.И., Шоршоров М.Х. Влияние размерных факторов на температуру плавления и поверхностное натяжение ультрадисперсных частиц // Металлы. – 1999. – №2. – С. 29-31.
6 Андриевский Р.А., Качхоян А.В. Nanomaterials in Extreme Environments, Springer Series in Materials Science 230. – Springer International Publishing Switzerland, 2016.
7 Андриевский Р.А. Наноматериалы на основе тугоплавких карбидов, нитридов и боридов// Успехи химии. – 2005. – Т.74, №12. – С. 1163-1175.

Весь текст будет доступен после покупки