Пермские ученые усовершенствовали 3D-печать методом электронно-лучевого наплавления металлической проволоки

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали математическую модель, позволяющую корректировать позиционирование луча с минимальными затратами вычислительных ресурсов.

Пермские ученые усовершенствовали 3D-печать методом электронно-лучевого наплавления металлической проволоки

Установка электронно-лучевой сварки ЭЛУ-М

Один из факторов, ограничивающих производительность 3D-печати методом электронно-лучевого наплавления металлической проволоки (ЭЛАТ, EBAM) — сложность вычислений, связанных с позиционированием электронных пучков. Ученые ПНИПУ разработали математическую модель, контролирующую отклонения по сигналам датчиков обратной связи, что позволит ускорить процесс и повысить качество 3D-печатных изделий, сообщает пресс-служба вуза.

«Актуальной проблемой процесса электронно-лучевой наплавки проволочным материалом является сохранение центра осцилляции электронного пучка и центра присадочной проволоки на одной оси. Точность позиционирования пучка относительно проволоки значительно влияет на процесс наплавки и, как следствие, на качество изделия», — рассказал профессор кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов ПНИПУ Дмитрий Трушников.

Математическая модель, разработанная пермскими учеными, построена на результатах предыдущих работ. Ранее политехники создали модель формирования сигнала излучения при взаимодействии луча и проволоки. Полученная зависимость выражена интегралом от кусочно-заданной функции. Его нахождение — сложная вычислительная задача, что затрудняющая практическое применение. Для решения этой проблемы ученые нашли приближенное представление для интегрального выражения в простом виде. Результаты позволяют корректировать положение электронного луча с помощью сигналов датчиков, оценивать погрешность и увеличивать точность моделирования.

Пермские ученые усовершенствовали 3D-печать методом электронно-лучевого наплавления металлической проволоки

Установка электронно-лучевой сварки TETA 6E250

«Для нахождения численного решения необходимо время и ресурсы вычислительных систем. Построенная модель позволяет получать необходимую информацию о положении электронного пучка с минимальными затратами вычислительных ресурсов, с наперед заданной точностью за минимальное время. Для большинства задач будет достаточно первого приближения, а для увеличения точности можно использовать полученную формулу в более полном виде», — рассказала доцент кафедры высшей математики ПНИПУ Елена Кротова.

Результаты исследования позволят использовать математическую модель в связке с быстродействующими микроконтроллерами и создавать системы оперативного управления, улучшающие качество наплавляемых изделий.

«В дальнейшем наша работа поспособствует разработке системы автоматического управления величиной отклонения электронного пучка относительно наплавляемой проволоки, то есть появится возможность решать более широкий класс задач — увеличить множество геометрических форм и механических свойств валиков», — добавил аспирант ПНИПУ Сергей Стариков.

Исследование выполнено при поддержке программы «Приоритет-2030» и опубликовано в июльском номере журнала «Дефектоскопия» 2022 года. Университет получил грант в сто миллионов рублей по программе государственной поддержки и развития высших учебных заведений «Приоритет-2030» в 2021 году. 

KazakhRussianUkrainian