Обзор гибридного аддитивного производства металлических деталей


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлен обзор последних разработок российских и зарубежных учёных в области гибридного аддитивного производства металлических изделий. Рассмотрено понятие и различные виды гибридного производства. Особое внимание в статье уделяется гибридизации аддитивных технологий с различными процессами формообразования: объёмной штамповкой, гибкой, глубокой вытяжкой, обкаткой и другими. Представлена история появления и актуальность технологий, а также возможность их применения в производстве. Совмещение аддитивных технологий и процессов механической обработки деталей производится с двойной целью: расширение области применения аддитивного производства и преодоление его ограничений, связанных с низкой производительностью, металлургическими дефектами, шероховатостью поверхности и отсутствием точности размеров; новое применение традиционных процессов обработки.

Об авторах

А. В. Балякин

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Автор, ответственный за переписку.
Email: a_balik@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1558-1034

старший преподаватель кафедры технологий производства двигателей

Россия

М. А. Олейник

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Email: oleynik1997@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3837-5396

аспирант кафедры технологий производства двигателей

Россия

Е. П. Злобин

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Email: ep.smr@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8419-7653

магистрант

Россия

Д. Л. Скуратов

Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

Email: skuratov-sdl56@ya.ru
ORCID iD: 0000-0002-0256-2205

доктор технических наук, профессор кафедры технологий производства двигателей

Россия

Список литературы

  1. Зонин Г.Д. Гибридные системы в сферах производства // Тенденции развития науки и образования. 2021. № 79, ч. 1. С. 122-124. doi: 10.18411/trnio-11-2021-38
  2. Разин Д.А. Гибридная технология аддитивного производства как основа развития его будущего // Синергия Наук. 2020. № 54. С. 843-850.
  3. Lorenz K.A., Jones J.B., Wimpenny D.I., Jackson M.R. A review of hybrid manufacturing // Solid Freeform Fabrication Conference Proceedings. 2015. V. 53. P. 96-108.
  4. Lauwers B., Klocke F., Klink A., Tekkaya A.E., Neugebauer R., McIntosh D. Hybrid processes in manufacturing // CIRP Annals - Manufacturing Technology. 2014. V. 63, Iss. 2. P. 561-583. doi: 10.1016/j.cirp.2014.05.003
  5. Киричек А.В., Федонин О.Н., Соловьев Д.Л., Жирков А.А., Хандожко А.В., Смоленцев Е.В. Аддитивно-субтрактивные технологии – эффективный переход к инновационному производству // Вестник Брянского государственного технического университета. 2019. № 8 (81). С. 4-10. doi: 10.30987/article_5d6cbe42004700.14416796
  6. Prinz F.B., Weiss L.E. Method and apparatus for fabrication of three-dimensional metal articles by weld deposition. Patent US, no. 5207371, 1993. (Publ. 04.05.1993)
  7. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Чирков А.М. Гибридные технологии лазерной сварки: учеб. пособие. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 51 с.
  8. Zhang H., Qian Y., Wang G., Zheng Q. The characteristics of arc beam shaping in hybrid plasma and laser deposition manufacturing // Science in China, Series E: Technological Sciences. 2006. V. 49, Iss. 2. P. 238-247. doi: 10.1007/s11431-006-0238-8
  9. Zhang H.O., Qian Y.P., Wang G.L. Study of rapid and direct thick coating deposition by hybrid plasma-laser manufacturing // Surface and Coatings Technology. 2006. V. 201, Iss. 3-4. P. 1739-1744. doi: 10.1016/j.surfcoat.2006.02.049
  10. Zhang Z., Sun C., Xu X., Liu L. Surface quality and forming characteristics of thin-wall aluminum alloy parts manufactured by laser assisted MIG arc additive manufacturing // International Journal of Lightweight Materials and Manufacture. 2018. V. 1, Iss. 2. P. 89-95. doi: 10.1016/j.ijlmm.2018.03.005
  11. Полищук Г.М., Сысоев В.К., Вятлев П.А., Лопота В.А., Туричин Г.А., Вартапетов С.К. Высокоэффективные лазерные технологии изготовления изделий ракетно-космической техники // Авиакосмическое приборостроение. 2008. № 4.
  12. С. 52-60.
  13. Земляков Е.В. Теоретические основы гибридной лазерно-дуговой обработки материалов. Автореферат дис. … канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 2012. 17 с.
  14. Wu D., Liu D., Niu F., Miao Q., Zhao K., Tang B., Bi G., Ma G. Al – Cu alloy fabricated by novel laser-tungsten inert gas hybrid additive manufacturing // Additive Manufacturing. 2020. V. 32. doi: 10.1016/j.addma.2019.100954
  15. Башин К.А., Торсунов Р.А., Семёнов С.В. Методы топологической оптимизации конструкций, применяющиеся в аэрокосмической отрасли // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2017. № 51. С. 51-61. doi: 10.15593/2224-9982/2017.51.05
  16. Гибридная технология аддитивного производства совершает революцию в изготовлении высококачественных металлических деталей // САПР и графика. 2018. № 11 (265). С. 75-77.
  17. Luo X., Frank M.C. A layer thickness algorithm for additive/subtractive rapid pattern manufacturing // Rapid Prototyping Journal. 2010. V. 16, Iss. 2. P. 100-115. doi: 10.1108/13552541011025825
  18. Fessler J.R., Merz R., Nickel A.H., Prinz F.B. Laser deposition of metals for shape deposition manufacturing // International Solid Freeform Fabrication Symposium (August, 12-14, 1996, Austin, TX, USA). 1996. P. 117-124.
  19. Klocke F., Wirtz H., Meiners W. Direct manufacturing of metal prototypes and prototype tools // International Solid Freeform Fabrication Symposium International Solid Freeform Fabrication Symposium (August, 12-14, 1996, Austin, TX, USA). 1996. P. 141-148.
  20. Kerschbaumer M., Ernst G. Hybrid manufacturing process for rapid high performance tooling combining high-speed milling and laser cladding // Proceedings of the 23rd International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics (October, 4-7, 2004, San Francisco, California, USA). 2004. doi: 10.2351/1.5060234
  21. Sreenathbabu A., Karunakaran K.P., Amarnath C. Statistical process design for hybrid adaptive layer manufacturing // Rapid Prototyping Journal. 2005. V. 11, Iss. 4. P. 235-248. doi: 10.1108/13552540510612929
  22. Song Y.-A., Park S., Choi D., Jee H. 3D welding and milling: Part I–a direct approach for freeform fabrication of metallic prototypes // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2005. V. 45, Iss. 9. P. 1057-1062. doi: 10.1016/j.ijmachtools.2004.11.021
  23. Kovacevic R., Valant M. E. System and method for fabricating or repairing a part. Patent US, no. 7020539, 2006. (Publ. 28.03.2006)
  24. Powder Nozzle. LASERTEC DED: Additive Manufacturing by powder nozzle. https://en.dmgmori.com/products/machines/additive-manufacturing/powder-nozzle
  25. Mazak INTEGREX i-400 AM. https://www.mazakusa.com/machines/integrex-i-400am/
  26. Mazak VC-500 AM. https://www.mazakusa.com/machines/vc-500-am/
  27. Manogharan G., Wysk R., Harrysson O., Aman R. AIMS – A metal additive-hybrid manufacturing system: system architecture and attributes // Procedia Manufacturing. 2015. V. 1. P. 273-286. doi: 10.1016/j.promfg.2015.09.021
  28. Matsuura. Официальный сайт. https://www.lumex-matsuura.com/english/lumex-avance-25/
  29. Ahn D.G. Applications of laser assisted metal rapid tooling process to manufacture of molding & forming tools-state of the art // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. 2011. V. 12, Iss. 5. P. 925-938. doi: 10.1007/S12541-011-0125-5
  30. 3D-Hybrid Solutions предлагает набор 3D-печатающих насадок для обрабатывающих центров с ЧПУ. https://3dtoday.ru/blogs/news3dtoday/3d-hybrid-solutions-offers-a-suite-of-3dprinting-nozzles-for-machining
  31. Silva C.M.A., Bragança I.M.F., Cabrita A., Quintino L., Martins P.A.F. Formability of a wire arc deposited aluminium alloy // Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2017. V. 39, Iss. 10. P. 4059-4068. doi: 10.1007/s40430-017-0864-z
  32. Трыков Ю.П., Шморгун В.Г., Абраменко С.А. Влияние прокатки на свойства титано-стального композита, полученного сваркой взрывом // Известия высших учебных заведений. Чёрная металлургия. 2005. № 5. С. 64.
  33. Colegrove P.A., Coules H.E., Fairman J., Kashoob T., Filomeno M., Mamash H., Cozzolino L.D. Microstructure and residual stress improvement in wire and arc additively manufactured parts through high-pressure rolling // Journal of Materials Processing Technology. 2013. V. 213, Iss. 10. P. 1782-1791. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2013.04.012
  34. Зайцев А.И., Родионова И.Г., Павлов А.А., Амежнов А.В., Бакланова О.Н., Гришин А.В., Голованов А.В., Заркова Е.И., Костин Д.Л. Способ получения биметаллических листов с износостойким наплавленным слоем: патент РФ № 2501628; опубл. 20.12.2013; бюл. № 35.
  35. Colegrove P.A., Donoghue J., Martina F., Gu J., Prangnell P., Hönnige J. Application of bulk deformation methods for microstructural and material property improvement and residual stress and distortion control in additively manufactured components // Scripta Materialia. 2017. V. 135. P. 111-118. doi: 10.1016/j.scriptamat.2016.10.031
  36. Bamberg J., Hess T., Hessert R., Satzger W. Verfahren zum herstellen, reparieren oder austauschen eines bauteils mit verfestigen mittels druckbeaufschlagung. German Patent Application WO 2012152259 A1, 2012.
  37. Sealy M.P., Madireddy G., Williams R.E., Rao P., Toursangsaraki M. Hybrid processes in additive manufacturing // Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2018. V. 140, Iss. 6. doi: 10.1115/1.4038644
  38. Uzan N.E., Ramati S., Shneck R., Frage N., Yeheskel O. On the effect of shot-peening on fatigue resistance of AlSi10Mg specimens fabricated by additive manufacturing using selective laser melting (AM-SLM) // Additive Manufacturing. 2018. V. 21. P. 458-464. doi: 10.1016/j.addma.2018.03.030
  39. Sokolov P., Aleshchenko A., Koshmin A., Cheverikin V., Petrovskiy P., Travyanov A., Sova A. Effect of hot rolling on structure and mechanical properties of Ti-6Al-4V alloy parts produced by direct laser deposition // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2020. V. 107, Iss. 3-4. P. 1595-1603. doi: 10.1007/s00170-020-05132-0
  40. Duarte V.R., Rodrigues T.A., Schell N., Miranda R.M., Oliveira J.P., Santos T.G. Hot forging wire and arc additive manufacturing (HF-WAAM) // Additive Manufacturing. 2020. V. 35. doi: 10.1016/j.addma.2020.101193
  41. Sizova I., Bambach M. Hot workability and microstructure evolution of preforms for forgings produced by additive manufacturing // Procedia Engineering. 2017. V. 207. P. 1170-1175. doi: 10.1016/j.proeng.2017.10.1048
  42. Петров П.А., Петров М.А., Фомин В.С., Роберов И.Г. Разработка гибридной технологии производства изделий из алюминиевых сплавов на основе совмещения аддитивной технологии и технологии изотермической штамповки // Сборник материалов VII Международной конференции с элементами научной школы для молодёжи «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества» (1-5 октября 2018 г., г. Суздаль). М.: ИМЕТ РАН, 2018. С. 481-483.
  43. Papke T., Junker D., Schmidt M., Kolb T., Merklein M. Bulk metal forming of additively manufactured elements // MATEC Web of Conferences. 2018. V. 190. doi: 10.1051/matecconf/201819003002
  44. Hirtler M., Jedynak A., Sydow B., Sviridov A., Bambach M. Investigation of microstructure and hardness of a rib geometry produced by metal forming and wire-arc additive manufacturing // MATEC Web of Conferences. 2018. V. 90. doi: 10.1051/matecconf/201819002005
  45. Bambach M., Sizova I., Sydow B., Hemes S., Meiners F. Hybrid manufacturing of components from Ti-6Al-4V by metal forming and wire-arc additive manufacturing // Journal of Materials Processing Technology. 2020. V. 282. P. 116-689. doi: 10.1016/j.jmatprotec.2020.116689
  46. Meiners F., Ihne J., Jürgens P., Hemes S., Mathes M., Sizova I., Bambach M., Hama-Saleh R., Weisheit A. New hybrid manufacturing routes combining forging and additive manufacturing to efficiently produce high performance components from Ti-6Al-4V // Procedia Manufacturing. 2020. V. 47. P. 261-267. doi: 10.1016/j.promfg.2020.04.215
  47. Michl D., Sydow B., Bambach M. Ring rolling of pre-forms made by wire-arc additive manufacturing // Procedia Manufacturing. 2020. V. 47. P. 342-348. doi: 10.1016/j.promfg.2020.04.275
  48. Li Y., Rapthadu R. Bending-Additive-Machining hybrid manufacturing of sheet metal structures // ASME 2017 12th International Manufacturing Science and Engineering Conference, MSEC 2017 collocated with the JSME/ASME 2017 6th International Conference on Materials and Processing (June, 4-8, 2017, Los Angeles, USA). doi: 10.1115/MSEC20173062
  49. Butzhammer L., Dubjella P., Huber F. Experimental investigation of a process chain combining sheet metal bending and laser beam melting of Ti-6Al-4V // Proceedings of World of Photonics Congress: Lasers in Manufacturing – LiM (June, 26-29, 2017, Munich, Germany).
  50. Papke T., Dubjella P., Butzhammer L., Huber F., Petrunenko O., Klose D., Schmidt M., Merklein M. Influence of a bending operation on the bonding strength for hybrid parts made of Ti-6Al-4V // Procedia CIRP. 2018. V. 74. P. 290-294. doi: 10.1016/j.procir.2018.08.113
  51. Rosenthal S., Hahn M., Tekkaya A.E. Simulation approach for the three-point plastic bending of additively manufactured Hastelloy X sheets // Procedia Manufacturing. 2019. V. 34. P. 475-481. doi: 10.1016/j.promfg.2019.06.201
  52. Ahuja B., Schaub A., Karg M., Schmidt R., Merklein M., Schmidt M. High power laser beam melting of Ti-6Al-4V on formed sheet metal to achieve hybrid structures // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering. 2015. V. 9353. doi: 10.1117/12.2082919
  53. Bambach M.D., Bambach M., Sviridov A., Weiss S. New process chains involving additive manufacturing and metal forming – a chance for saving energy? // Procedia Engineering. 2017. V. 207. P. 1176-1181. doi: 10.1016/j.proeng.2017.10.1049
  54. Hölker R., Jäger A., Ben Khalifa N., Tekkaya A.E. Process and apparatus for the combined manufacturing of workpieces by incremental sheet metal forming and manufacturing methods in one set-up. German Patent DE 10 201414202.7, 2014.
  55. Pragana J.P.M., Cristino V.A.M., Bragança I.M.F., Silva C.M.A., Martins P.A.F. Integration of forming operations on hybrid additive manufacturing systems based on fusion welding // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing – Green Technology. 2020. V. 7, Iss. 3. P. 595-607. doi: 10.1007/s40684-019-00152-y
  56. Shirizly A., Dolev O. From wire to seamless flow-formed tube: leveraging the combination of wire arc additive manufacturing and metal forming // JOM. 2019. V. 71, Iss. 2. P. 709-717. doi: 10.1007/s11837-018-3200-x

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах