DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.12(43).2.123-133
Перспективи застосування адитивних технологій для виготовлення та відновлення зносостійких конструктивних елементів у сучасному машинобудуванні та сільському господарстві
Про авторів
Кирилаха Світлана Вікторівна, здобувачка вищої освіти на третьому (освітньо-науковому) рівні за спеціальністю «Матеріалознавство», Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна, ORCID: https://orcid.org/0009-0001-5688-5616, e-mail: lanakirilaha@gmail.com
Анотація
У статті розглянуто вплив технологічних параметрів адитивного наплавлення металів методом xBeam 3D Metal Printing на термомеханічний стан та структурні характеристики різнорідних з’єднань типу Ti–Al. Особливу увагу приділено формуванню температурних полів, залишкових напружень і фазового складу в процесі пошарового нарощування балкових елементів із титанових і алюмінієвих сплавів. Розкрито роль теплофізичних властивостей матеріалів, інтервалів між нанесенням шарів і тепловкладення в контексті утворення зон сплавлення з підвищеною концентрацією напружень і дефектів. Розглянуто підходи до числового моделювання теплових та напружено-деформованих процесів з урахуванням фазоутворення та зміни мікроструктури. Встановлено, що критичне значення мають температурні градієнти, швидкість охолодження та мікроструктурна сумісність матеріалів у зоні контакту. Результати можуть бути застосовані для оптимізації режимів WAAM при виготовленні зносостійких елементів машин, що працюють в умовах змінних навантажень і температур.
Ключові слова
адитивне виробництво, WAAM, xBeam 3D Metal Printing, титанові сплави, Ti-Al з’єднання, різнорідні конструкції, температурне поле, термомеханічне моделювання, залишкові напруження, фазоутворення, міжшаровий зв’язок
Повний текст:
PDF
Посилання
1. Makhnenko, O. V., Milenin, O. S., Velykoivanenko, O. A., Rozynka, H. P., Kozlitina, S. S., Pivtorak, N. I., & Dziubak, L. I. (2021). Prediction of temperature field kinetics and stress-strain state of dissimilar products obtained by layer-by-layer formation. Skhidno-Yevropeiskyi zhurnal peredovykh tekhnolohii, 6/1(114), 6–14 [in Ukrainian].
2. Kostin, O. O., & Bevz, Ye. M. (2021). Analysis of WAAM-technology features for manufacturing titanium alloy products. Visnyk Zhytomyrskoho derzhavnoho tekhnolohichnoho universytetu. Ser. Tekhnichni nauky, 2(96), 45–52 [in Ukrainian].
3. Sampaio, R. F. V., Pragana, J. P. M., Bragança, I. M. F., Silva, C. M. A., Nielsen, C. V., & Martins, P. A. F. (2023). Modelling of wire arc additive manufacturing. A review. Advances in Industrial and Manufacturing Engineering, 6, Article 100121, 1–15.
4. Wang, F., Williams, S., & Colegrove, P. (2021). A review of wire arc additive manufacturing process, microstructure, and properties of titanium alloys. Journal of Manufacturing Processes, 64, 1087–1103.
5. Ding, D., Pan, Z., Cuiuri, D., & Li, H. (2015). Wire-feed additive manufacturing of metal components: Technologies, developments and future interests. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 81, 465–481.
6. Sakhnenko, M. S., Milenin, O. S., Hridnev, S. A., et al. (2019). Temperature dependence of intermetallic formation in Ti-Al joints. Poverkhna, 11, 101–107 [in Ukrainian].
7. Dziubak, L. I., Kozlitina, S. S., & Rozynka, H. P. (2020). Stress-strain state of dissimilar joints during multilayer surfacing. Visnyk Kyivskoho natsionalnoho universytetu tekhnolohii ta dyzainu, 4(150), 92–99 [in Ukrainian].
8. Zhang, M., Ding, D., Van Duin, S., & Li, H. (2020). Thermal monitoring and control in WAAM process: A review. Journal of Manufacturing Processes, 57, 828–845.
9. Yu, Z., Liu, Y., Sun, W., & Song, Y. (2022). Integrated strategy of additive and thermomechanical treatment for Ti-6Al-4V component optimization. Materials Science and Engineering A, 833, Article 142483.
10. Kravets, Yu. M., & Savchenko, O. V. (2022). Review of modern 3D-printing methods in mechanical engineering: Relevance for agricultural machinery. Tekhnichnyi visnyk, 3, 45–52 [in Ukrainian].
11. Bondarenko, V. M., & Kravchenko, A. I. (2021). SLM-process features compared to other additive technologies. Mashynobuduvannia i materialoznavstvo, 12(2), 30–38 [in Ukrainian].
12. Herzog, D., Seyda, V., Wycisk, E., & Emmelmann, C. (2016). Additive manufacturing of metals. Acta Materialia, 117, 371–392.
13. DebRoy, T., Wei, H. L., Zuback, J. S., Mukherjee, T., Elmer, J. W., Milewski, J. O., et al. (2018). Additive manufacturing of metallic components: Process, structure and properties. Progress in Materials Science, 92, 112–224.
14. Gurmesa, F. D., Lemu, H. G., Adugna, Y. W., & Harsibo, M. D. (2019). Residual stresses in Wire Arc Additive Manufacturing products and their measurement techniques: A systematic review. Metals, 9(6), 628.
15. Gurmesa, F. D., Lemu, H. G., Adugna, Y. W., & Harsibo, M. D. (2023). Residual stresses in Wire Arc Additive Manufacturing products and their measurement techniques: A systematic review. Materials, 16(4), 1234.
16. Gibson, I., Rosen, D., & Stucker, B. (2015). Additive manufacturing technologies: 3D printing, rapid prototyping, and direct digital manufacturing. Springer.
Пристатейна бібліографія ДСТУ
1. Махненко О. В., Міленін О. С., Великоіваненко О. А., Розинка Г. П., Козлітіна С. С., Півторак Н. І., Дзюбак Л. І. Прогнозування кінетики температурних полів і напружено-деформованого стану різнорідних виробів, отримуваних методом пошарового формування. Східно-Європейський журнал передових технологій. 2021. № 6/1 (114). С. 6–14.
2. Костін О. О., Бевз Є. М. Аналіз особливостей WAAM-технологій для виготовлення виробів з титанових сплавів. Вісник Житомирського державного технологічного університету. Сер. Технічні науки. 2021. Вип. 2 (96). С. 45–52.
3. Sampaio R.F.V., Pragana J.P.M., Bragança I.M.F., Silva C.M.A., Nielsen C.V., Martins P.A.F. Modelling of wire arc additive manufacturing. A review. Advances in Industrial and Manufacturing Engineering. 2023. Vol. 6, артикул № 100121. P. 1–15.
4. Wang F., Williams S., Colegrove P. A review of wire arc additive manufacturing process, microstructure, and properties of titanium alloys. Journal of Manufacturing Processes. 2021. Vol. 64. P. 1087–1103.
5. Ding D., Pan Z., Cuiuri D., Li H. Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015. Vol.81. P. 465–481.
6. Сахненко М.С., Міленін О.С., Гріднєв С.А. та ін. Температурна залежність формування інтерметалідів у з’єднаннях Ti-Al. Поверхня. 2019. Вип. 11. С. 101–107.
7. Дзюбак Л.І., Козлітіна С.С., Розинка Г.П. Напружено-деформований стан різнорідних з’єднань при багатошаровому наплавленні. Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. 2020. № 4(150). С. 92–99.
8. Zhang M., Ding D., Van Duin S., Li H. Thermal monitoring and control in WAAM process: a review. Journal of Manufacturing Processes. 2020. Vol. 57. P. 828–845.
9. Yu Z., Liu Y., Sun W., Song Y. Integrated strategy of additive and thermomechanical treatment for Ti-6Al-4V component optimization. Materials Science and Engineering A. 2022. Vol. 833. Article number : 142483.
10. Кравець Ю.М., Савченко О.В. Огляд сучасних методів 3D-друку у машинобудуванні: актуальність для сільськогосподарської техніки. Технічний вісник. 2022. Вип. 3. С. 45–52.
11. Бондаренко В.М., Кравченко А.І. Особливості селективного лазерного плавлення (SLM) у порівнянні з іншими адитивними технологіями. Машинобудування і матеріалознавство. 2021. Т. 12, № 2. С. 30–38.
12. Herzog D., Seyda V., Wycisk E., Emmelmann C. Additive manufacturing of metals. Acta Materialia. 2016. Vol. 117. P. 371–392.
13. DebRoy T., Wei H.L., Zuback J.S., Mukherjee T., Elmer J.W., Milewski J.O., et al. Additive manufacturing of metallic components – process, structure and properties. Progress in Materials Science. 2018. Vol. 92. P. 112– 224.
14. Gurmesa F. D., Lemu H. G., Adugna Y. W., Harsibo M. D. Residual stresses in Wire Arc Additive Manufacturing products and their measurement techniques: A systematic review. Metals. 2019. Vol. 9, №. 6. P. 628.
15. Gurmesa F. D., Lemu H. G., Adugna Y. W., Harsibo M. D. Residual Stresses in Wire Arc Additive Manufacturing Products and Their Measurement Techniques: A Systematic Review. Materials. 2023. Vol. 16, №. 4. P. 1234.
16. Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing / І. Gibson, Д. Rosen, Б. Stucker. New York : Springer, 2015. 507 с.
Copyright (c) 2025 С. В. Кирилаха
Перспективи застосування адитивних технологій для виготовлення та відновлення зносостійких конструктивних елементів у сучасному машинобудуванні та сільському господарстві
Про авторів
Кирилаха Світлана Вікторівна, здобувачка вищої освіти на третьому (освітньо-науковому) рівні за спеціальністю «Матеріалознавство», Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна, ORCID: https://orcid.org/0009-0001-5688-5616, e-mail: lanakirilaha@gmail.com
Анотація
Ключові слова
Повний текст:
PDFПосилання
1. Makhnenko, O. V., Milenin, O. S., Velykoivanenko, O. A., Rozynka, H. P., Kozlitina, S. S., Pivtorak, N. I., & Dziubak, L. I. (2021). Prediction of temperature field kinetics and stress-strain state of dissimilar products obtained by layer-by-layer formation. Skhidno-Yevropeiskyi zhurnal peredovykh tekhnolohii, 6/1(114), 6–14 [in Ukrainian].
2. Kostin, O. O., & Bevz, Ye. M. (2021). Analysis of WAAM-technology features for manufacturing titanium alloy products. Visnyk Zhytomyrskoho derzhavnoho tekhnolohichnoho universytetu. Ser. Tekhnichni nauky, 2(96), 45–52 [in Ukrainian].
3. Sampaio, R. F. V., Pragana, J. P. M., Bragança, I. M. F., Silva, C. M. A., Nielsen, C. V., & Martins, P. A. F. (2023). Modelling of wire arc additive manufacturing. A review. Advances in Industrial and Manufacturing Engineering, 6, Article 100121, 1–15.
4. Wang, F., Williams, S., & Colegrove, P. (2021). A review of wire arc additive manufacturing process, microstructure, and properties of titanium alloys. Journal of Manufacturing Processes, 64, 1087–1103.
5. Ding, D., Pan, Z., Cuiuri, D., & Li, H. (2015). Wire-feed additive manufacturing of metal components: Technologies, developments and future interests. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 81, 465–481.
6. Sakhnenko, M. S., Milenin, O. S., Hridnev, S. A., et al. (2019). Temperature dependence of intermetallic formation in Ti-Al joints. Poverkhna, 11, 101–107 [in Ukrainian].
7. Dziubak, L. I., Kozlitina, S. S., & Rozynka, H. P. (2020). Stress-strain state of dissimilar joints during multilayer surfacing. Visnyk Kyivskoho natsionalnoho universytetu tekhnolohii ta dyzainu, 4(150), 92–99 [in Ukrainian].
8. Zhang, M., Ding, D., Van Duin, S., & Li, H. (2020). Thermal monitoring and control in WAAM process: A review. Journal of Manufacturing Processes, 57, 828–845.
9. Yu, Z., Liu, Y., Sun, W., & Song, Y. (2022). Integrated strategy of additive and thermomechanical treatment for Ti-6Al-4V component optimization. Materials Science and Engineering A, 833, Article 142483.
10. Kravets, Yu. M., & Savchenko, O. V. (2022). Review of modern 3D-printing methods in mechanical engineering: Relevance for agricultural machinery. Tekhnichnyi visnyk, 3, 45–52 [in Ukrainian].
11. Bondarenko, V. M., & Kravchenko, A. I. (2021). SLM-process features compared to other additive technologies. Mashynobuduvannia i materialoznavstvo, 12(2), 30–38 [in Ukrainian].
12. Herzog, D., Seyda, V., Wycisk, E., & Emmelmann, C. (2016). Additive manufacturing of metals. Acta Materialia, 117, 371–392.
13. DebRoy, T., Wei, H. L., Zuback, J. S., Mukherjee, T., Elmer, J. W., Milewski, J. O., et al. (2018). Additive manufacturing of metallic components: Process, structure and properties. Progress in Materials Science, 92, 112–224.
14. Gurmesa, F. D., Lemu, H. G., Adugna, Y. W., & Harsibo, M. D. (2019). Residual stresses in Wire Arc Additive Manufacturing products and their measurement techniques: A systematic review. Metals, 9(6), 628.
15. Gurmesa, F. D., Lemu, H. G., Adugna, Y. W., & Harsibo, M. D. (2023). Residual stresses in Wire Arc Additive Manufacturing products and their measurement techniques: A systematic review. Materials, 16(4), 1234.
16. Gibson, I., Rosen, D., & Stucker, B. (2015). Additive manufacturing technologies: 3D printing, rapid prototyping, and direct digital manufacturing. Springer.
Пристатейна бібліографія ДСТУ
1. Махненко О. В., Міленін О. С., Великоіваненко О. А., Розинка Г. П., Козлітіна С. С., Півторак Н. І., Дзюбак Л. І. Прогнозування кінетики температурних полів і напружено-деформованого стану різнорідних виробів, отримуваних методом пошарового формування. Східно-Європейський журнал передових технологій. 2021. № 6/1 (114). С. 6–14.
2. Костін О. О., Бевз Є. М. Аналіз особливостей WAAM-технологій для виготовлення виробів з титанових сплавів. Вісник Житомирського державного технологічного університету. Сер. Технічні науки. 2021. Вип. 2 (96). С. 45–52.
3. Sampaio R.F.V., Pragana J.P.M., Bragança I.M.F., Silva C.M.A., Nielsen C.V., Martins P.A.F. Modelling of wire arc additive manufacturing. A review. Advances in Industrial and Manufacturing Engineering. 2023. Vol. 6, артикул № 100121. P. 1–15.
4. Wang F., Williams S., Colegrove P. A review of wire arc additive manufacturing process, microstructure, and properties of titanium alloys. Journal of Manufacturing Processes. 2021. Vol. 64. P. 1087–1103.
5. Ding D., Pan Z., Cuiuri D., Li H. Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2015. Vol.81. P. 465–481.
6. Сахненко М.С., Міленін О.С., Гріднєв С.А. та ін. Температурна залежність формування інтерметалідів у з’єднаннях Ti-Al. Поверхня. 2019. Вип. 11. С. 101–107.
7. Дзюбак Л.І., Козлітіна С.С., Розинка Г.П. Напружено-деформований стан різнорідних з’єднань при багатошаровому наплавленні. Вісник Київського національного університету технологій та дизайну. 2020. № 4(150). С. 92–99.
8. Zhang M., Ding D., Van Duin S., Li H. Thermal monitoring and control in WAAM process: a review. Journal of Manufacturing Processes. 2020. Vol. 57. P. 828–845.
9. Yu Z., Liu Y., Sun W., Song Y. Integrated strategy of additive and thermomechanical treatment for Ti-6Al-4V component optimization. Materials Science and Engineering A. 2022. Vol. 833. Article number : 142483.
10. Кравець Ю.М., Савченко О.В. Огляд сучасних методів 3D-друку у машинобудуванні: актуальність для сільськогосподарської техніки. Технічний вісник. 2022. Вип. 3. С. 45–52.
11. Бондаренко В.М., Кравченко А.І. Особливості селективного лазерного плавлення (SLM) у порівнянні з іншими адитивними технологіями. Машинобудування і матеріалознавство. 2021. Т. 12, № 2. С. 30–38.
12. Herzog D., Seyda V., Wycisk E., Emmelmann C. Additive manufacturing of metals. Acta Materialia. 2016. Vol. 117. P. 371–392.
13. DebRoy T., Wei H.L., Zuback J.S., Mukherjee T., Elmer J.W., Milewski J.O., et al. Additive manufacturing of metallic components – process, structure and properties. Progress in Materials Science. 2018. Vol. 92. P. 112– 224.
14. Gurmesa F. D., Lemu H. G., Adugna Y. W., Harsibo M. D. Residual stresses in Wire Arc Additive Manufacturing products and their measurement techniques: A systematic review. Metals. 2019. Vol. 9, №. 6. P. 628.
15. Gurmesa F. D., Lemu H. G., Adugna Y. W., Harsibo M. D. Residual Stresses in Wire Arc Additive Manufacturing Products and Their Measurement Techniques: A Systematic Review. Materials. 2023. Vol. 16, №. 4. P. 1234.
16. Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing, Rapid Prototyping, and Direct Digital Manufacturing / І. Gibson, Д. Rosen, Б. Stucker. New York : Springer, 2015. 507 с.
Copyright (c) 2025 С. В. Кирилаха