CC BY
51СЕКЦИЯ «3D МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ»
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОМОГЕНИЗАЦИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Булгатова Ю.Д., Афанасьев А.В.
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия bigtvi@bk.ru
В последние годы активно развиваются приложения лазерного излучения в медицине, в частности в косметологии, стоматологии и лечении рака [1], а также в физике светочувствительных материалов. В случаях лучевой терапии или процессов модификации важно, чтобы всюду приходил свет однородной интенсивности, поскольку только строго дозированное воздействие на протяжении определенного времени приводит к требуемому результату. Очень часто генерируемое лазерами или дошедшее до облучаемого объекта излучение имеет неоднородное распределение интенсивности. Для лазерной техники это связано с тем, что при распространении света возможны аберрации в оптических элементах, возникновение спеклов. Для одинакового дозированного облучения материалов необходимо создать устройство, преобразующее имеющееся излучение с областями высокой яркости в требуемое с однородным распределением интенсивности.
На мировом рынке существуют аналоги данного устройства, продаваемые на коммерческой основе, преобразующие излучение за счет рассеяния или за счет создания массива микролинз [2]. Аналоги первого типа (матовые пластины) хоть и создают однородное распределение интенсивности, но достаточно большую часть излучения поглощают в себе или рассеивают в стороны, т.е. теряется часть лазерной энергии. Аналоги второго типа достаточно дороги в производстве, т.к. требуют точное изготовление микролинз и создание структуры из них в пространстве.
Для получения однородного распределения интенсивности в качестве аналога микролинз использовались микрошары. Для увеличения их фокусного расстояния была применена идея иммерсионной жидкости, а после подобрана твердая среда с требуемыми оптическими свойствами.
Исследование на базе модельных шаров (1 мм) показало, что необходимо учитывать размеры шаров, чтобы лучи, проходящие между ними, не образовывали прожекторную зону, тем самым нарушая однородность интенсивности. Была предложена теоретическая модель, учитывающая фокусировку света в микрошарах и дифракцию прошедшего излучения, позволяющая оптимизировать их параметры. Варьирование размеров микрошаров показало, что наилучшими для использования являются шары 200-300 микрон.
Для подтверждения однородности распределения интенсивности проводилось сканирование начального и полученного потока фотодиодом с малым диаметром. Также подобная процедура проводилась и для матовой пластины. Таким образом, устройство доказало свою эффективность и работоспособность.
В итоге был получен массив микрошаров, погруженных в твердую среду, который позволяет преобразовывать имеющееся излучение в требуемое с однородным распределением интенсивности. Представленное устройство оказалось достаточно эффективным и недорогим, а также простым в изготовлении. Прототип был использован в экспериментах по созданию периодических структур, содержащих золотые наночастицы.
1. Серебряков В.А. Опорный конспект лекций по курсу лазерные технологии в медицине. 2009. 266.
2. https://www.edmundoptics.com/optics/windows-diffusers/optical-diffusers/holographic-uv Holographic UVDiffusers. Edmund Optics.
3. Роуэлл Г., Герберт С. Физика. 1994. 576.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИНСТРУМЕНТА И ДЕТАЛЕЙ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ МЕТОДОМ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Быков В.А., Радионов Л.В., Самодурова М.Н.
Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия vitality. b yko v. 9 7@gmail. com
При обработке металлов давлением происходит изнашивание инструмента и деталей оборудования, используемого для осуществления процессов прокатки, волочения, штампования, ковки и прессования. Так, например, в процессе прокатки происходит повреждение рабочего слоя бочки валков из-за износа и усталости металла, воспринимающего циклические контактные нагрузки. В процессе штамповки наиболее часто требуют ремонта и восстановления элементы оснастки, а именно штампы пресс-формы. Штампы используются до тех пор, пока не износятся до такой степени чтобы не обеспечивать изготовления продукции с требуемыми характеристиками по качеству. Аналогичным образом изнашивается и становится не пригодным для дальнейшего использования инструмент и детали оборудования, используемого в других процессах ОМД.
В связи с возросшей конкуренцией на рынке металлопродукции, производители вынуждены искать новые способы снижения ее себестоимости. Существенным резервом на сегодняшний день для снижения себестоимости продукции остается повышение эффективности использования рабочего инструмента и деталей оборудования за счет их ремонтопригодности и повышения функциональных свойств рабочих поверхностей инструмента [1,2].
Лабораторией механики, лазерных процессов и цифровых производительных технологий ЮУрГУ ведутся работы по разработке технологии восстановления изношенных поверхностей прокатных валков [3], штамповой оснастки, роликов волочильного инструмента и других инструментов и деталей металлургического и машиностроительного оборудования методом аддитивных технологий.
Целью настоящей работы являлось изучение особенностей получения функционального покрытия на рабочей поверхности бочки прокатного валка методом аддитивных технологий.
Методом прямого лазерного сплавления на изношенную поверхность валка (Рисунок 1) из марки стали 9ХС был нанесен порошок Со-28Сг-4,5\Л/. После осуществления наплавки валок был механически обработан. Для изучения микроструктуры и определения микротвердости восстановленного слоя были изготовлены микрошлифы наплавленного слоя и основного металла (Рисунок 2).
Рисунок 1 - Валок в процессе восстановления. Рисунок 2 - Наплавленный слой
(х100).
Как показали результаты исследований твердость наплавленного слоя составляет 48 HRC, пористость не превышает 0,1%, трещины и микротрещины отсутствуют. Однако на поверхности металла, прилегающей к зоне наплавки, появились цвета побежалости.
Таким образом, как показали результаты исследований метод аддитивных технологий является востребованным не только для восстановления инструмента и деталей металлургического и машиностроительного оборудования, но и перспективным для создания функциональных покрытий, обеспечивающих повышение ресурса эксплуатации этого оборудования.
1. Тяпаев О.В., Трайно А.И., Соболев В.Ф., Смирнов B.C., Голованов A.B., Глухов В.В., Скорохватов Н.Б. Патент РФ №02218220, 10.12.2003. Способы восстановления прокатного валка. 2003.
2. Невельд С.А., Тоноли А., Джямберини Л. Патент РФ №2014102661/02, 03.08.2011. Система восстановления ковочного штампа. 2011.
3. Быков В.А., Радионова Л.В., Самодурова М.Н. Восстановление изношенной поверхности шеек прокатных валков ме-тодом прямого лазерного сплавления. MAGNITOGORSK ROLLING PRACTICE 2019. Материалы IV международной молодежной научно-практической конференции. 2019. 120-122.
СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОБРАЗЦОВ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ПОМОЩИ 3D-METOAA ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛА
Герман М.А., Иванов А.Е., Макаров Ф.В.
Московский Авиационный Институт (НИУ), Москва, Россия ferrariperman@pmail. com
Изделия, полученные при помощи Зй-печати, имеют большой потенциал применения в различных отраслях промышленности, таких как авиация, машиностроение и медицина [1]. Предметом научного интереса в данной сфере является поиск различных способов модификации структуры и свойств изделий, получаемых при помощи аддитивного производства [1, 2].
В представленной работе были исследованы структура и свойства образцов, полученных при помощи Зй-технологии прямого нанесения металла (DMD - Direct Metal Deposition). В технологии DMD используют мелкодисперсные металлические гранулы, которые с помощью потока инертного газа поступают в точку нанесения. В ту же точку направляется сфокусированный луч лазера. Под действием его энергии происходит
