Авиационная отрасль интенсивно работает над снижением воздействия полетов на окружающую среду, и аддитивное производство (АП) является ключевым фактором в этих усилиях. Однако для того, чтобы технология соответствовала чрезвычайно высоким отраслевым стандартам безопасности и качества, необходимо глубокое понимание процесса. Новое исследование Картикеяна Талаваи Пандиана из Западного университета Швеции вносит важный вклад в эту загадку.
Сегодняшние самолеты уже содержат компоненты двигателей, изготовленные с помощью аддитивного производства , но для менее важных применений. Учитывая многочисленные преимущества этой технологии, производитель авиационных двигателей GKN Aerospace стремится производить еще больше компонентов из большего количества материалов с использованием АМ для критически важных применений. Достижение этой цели требует обширных исследований и испытаний.
Пандиан защитил докторскую диссертацию в конце мая, сосредоточив внимание на одной из технологий AM, называемой электронно-лучевой плавкой порошкового слоя (PFB-EB) для титановых сплавов .
АМ имеет много преимуществ
«Эта технология производства очень интересна для некоторых компонентов. Она позволяет снизить расход материала, снизить затраты и в долгосрочной перспективе уменьшить воздействие на окружающую среду. Кроме того, технология открывает новые возможности для производства более сложных геометрических форм, чем это возможно с помощью традиционных методов, таких как литье и ковка», — объясняет Пандиан.
Его исследования в первую очередь были сосредоточены на микроструктуре и механических свойствах титанового сплава Ti-6Al-4V. Этот сплав используется для деталей низкотемпературных секций авиационных двигателей из-за его очень высокой удельной прочности.
«Мое внимание было сосредоточено на улучшении усталостных свойств материала Ti-6Al-4V, изготовленного из PBF-EB. При использовании этой технологии AM качество поверхности и дефекты могут повлиять на усталостные свойства. Если поверхностный слой становится слишком шероховатым и неровным, усталостные характеристики компонентов могут быть снижены. Некоторые параметры процесса PBF-EB могут сделать поверхность слишком шероховатой и неровной. В своем исследовании я исследовал влияние некоторых из этих параметров процесса на шероховатость поверхности и то, как PBF-EB. построенные поверхности влияют на усталостные свойства», — говорит он.
«Подобно шероховатости поверхности , дефекты в массе компонентов AM могут отрицательно сказаться на усталостном сроке службы».
Новая термообработка после сборки
Компоненты, изготовленные из АМ, обычно подвергаются термообработке после сборки (горячему изостатическому прессованию). Современный метод термообработки после сборки разработан для традиционных технологий производства. Метод не оптимален для изготовления АД, так как отрицательно влияет на статическую прочность.
Пандиан продолжает: «Я исследовал новый метод, адаптированный для производства аддитивных изделий. В этом методе используется более низкая температура, что дает ряд преимуществ: титановый сплав не теряет статической прочности, а усталостные свойства сравнимы со стандартной термообработкой после сборки. метод».
Чтобы авиационная промышленность могла использовать новый метод после производства АМ, он должен быть стандартизирован в соответствии с отраслевыми критериями безопасности и качества.
«Как только будет принят стандарт, отрасль сможет более эффективно использовать технологию AM для производства большего количества компонентов. Эта технология также интересна для других применений, например, для медицинской промышленности, производящей имплантаты», — отмечает Пандиан.
Цель: уменьшить необходимость постобработки
Одной из главных целей Пандиана в его исследованиях была разработка технологии AM, позволяющей сократить объем механической обработки после сборки и одновременно удовлетворить требования к качеству, чего можно достичь за счет улучшения качества поверхности компонентов, изготовленных из AM.
«Уменьшая глубину обработки после сборки примерно с 2 мм до 1 мм, мы экономим материал и время при производстве. Если компоненты также могут быть изготовлены полностью законченными в процессе AM без необходимости последующей обработки, тогда мы действительно можем заявить, что имеем создал устойчивый метод производства. Сегодня мы говорим о достижении «почти чистой формы», но целью должно быть достижение «чистой формы», — говорит Пандиан.
Будучи новоиспеченным доктором в области производственных технологий, Пандиан сейчас продолжает свои исследования, работая старшим преподавателем в Университете Запада.
«Помимо преподавания, я с нетерпением жду возможности работать с большим количеством процессов AM и большего количества материалов, уделяя особое внимание усталостным свойствам материалов и тому, как мы обеспечиваем качество с помощью искусственного интеллекта.
«После одиннадцати лет работы разработчиком продукции в Volvo Construction Equipment в Индии мне нужно было понять, как свойства материалов влияют на конечный продукт. Теперь, после завершения докторской диссертации, я убежден, что дополнительные исследования в области материаловедения могут принести большую пользу», — заключает Пандиан.