Применение системы с обратной связью по каналу температуры для процесса электронно-лучевого аддитивного формообразования

Д. А. Гапонова; А. В. Щербаков; А. П. Слива; А. В. Гуденко; К. Т. Бородавкина

doi:10.34831/EP.2022.42.43.006

Применение системы с обратной связью по каналу температуры для процесса электронно-лучевого аддитивного формообразования

Д. А. Гапонова, А. В. Щербаков, А. П. Слива, А. В. Гуденко, К. Т. Бородавкина

Аннотация

Рассмотрены существующие на сегодняшний день проблемы в производстве электронно-лучевого оборудования для аддитивного формообразования. Показана необходимость синхронизации каналов управления для реализации процессов электронно-лучевого аддитивного формообразования в автоматическом режиме. Предложено программно-аппаратное решение с обратной связью по температуре, позволяющее регулировать ток пучка в процессе наплавки изделия. Приведена схема измерения температуры слоя и показано оптимальное расположение пирометра. Описана программа контроллера, с помощью которой обрабатывается сигнал температуры и происходит управление током пучка по пропорционально-интегральному (ПИ) закону регулирования. Проведен сравнительный анализ результатов наплавки изделий с применением предложенной системы и без нее. По результатам металлографического анализа продемонстрировано, что при введении обратной связи по температуре при прочих неизменных параметрах процесса обеспечивается стабилизация отношения высоты наплавленного валика к ширине. Результаты проведенного эксперимента показывают принципиальную возможность улучшения геометрии наплавляемой детали с применением обратной связи по температуре.

Ключевые слова

замкнутые системы управления; электронно-лучевое аддитивное формообразование; аддитивные технологии; цифровые системы управления; сопряжение каналов управления; управление температурным режимом

Полный текст:

PDF

Литература

Гибсон, Я. Технологии аддитивного производства. Трехмерная печать, быстрое прототипирование и прямое цифровое производство / Я. Гибсон, Д. Розен, Б. Стакер. - М.: ТЕХНОСФЕРА, 2016. - 656 с.

Литунов, С. Н. Обзор и анализ аддитивных технологий. Часть 1 [Текст] / С. Н. Литунов, В. С. Слободенюк, Д. В. Мельников // Омский научный вестник. - 2016. - № 1 (145). - С. 12 - 17.

Taminger, J. Karen M. Solid freeform fabrication apparatus and methods / Karen M. Taminger, J. Kevin Watson, Robert A. Hafley, Daniel D. Petersen. Patent US7168935B1, Prior. 02.08.2002.

Scott Stecker, Willow Springs, IL (US); Phillip E. Wollenhaupt, Crown Point, IN (Us). Electron beam layer manufacturing using scanning electron monitored closed loop / Scott Stecker, Willow Springs, IL (US); Phillip E. Wollenhaupt, Crown Point, IN (Us). Patent №: US 8,598,523 B2. Pub date Dec. 3, 2013.

Taminger, K. M. Closed-loop process control for electron beam freeform fabrication and deposition processes / K. М. Taminger, R. A. Hafley, R. E. Martin, W. H. Hofmeister. Patent № US 8,452,073 B2, Pub date May 28, 2013.

Seufzer, W. J. Control Methods for the Electron Beam Free Form Fabrication Process / W. J. Seufzer, K. M. Taminger, // Solid freeform fabrication symposium. - 2007. - Pp. 13 - 21.

Zalameda, J. N. Thermal imaging for assessment of electron-beam freeform fabrication (EBF3) additive manufacturing deposits /j. N. Zalameda, E. R. Burke, R. A. Hafley, K. M. Taminger, C. S. Domack, A. Brewer, R. E. Martin // Proceedings of the SPIE, 2013, Vol. 8705, id. 87050M 8 pp.

Everton, S. K. Review of in-situ process monitoring and in-situ metrology for metal additive manufacturing / S. K. Everton, M. Hirscha, P. Stravroulakis, R. K. Leach, A. T. Clare // Materials and Design 95 (2016) 431-445.

Гапонова, Д. А. Разработка устройства сопряжения для автоматизации процесса электронно-лучевого аддитивного формообразования / Д. А. Гапонова, А. В. Щербаков, А. П. Слива // Промышленная энергетика. - 2021. - № 8. - С. 13 - 19.

DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2022.42.43.006