Исследование особенностей формирования макродефектов объемной лазерной наплавки и разработка метода получения бездефектных наплавленных слоев тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Вильданов Артур Маратович

• Вильданов Артур Маратович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Вильданов Артур Маратович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ МЕТОДОМ ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ

2.1 Влияние технологических параметров на механические свойства

2.2 Методы измерения и изучения термических циклов во время процесса выращивания

2.3 Выводы к главе

ГЛАВА 2.РОБОТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРЯМОГО ЛАЗЕРНОГО ВЫРАЩИВАНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Роботизированный комплекс для прямого лазерного выращивания

2.2 Методики и оборудование для исследований микроструктуры образцов

2.3 Оборудование для подготовки образцов и исследования свойств выращенных объектов

ГЛАВА 3.РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПЕРЕНОСА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ С МЕЛКОМАСШТАБНЫХ МОДЕЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ НА

КРУПНОГАБАРИТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Определение критериев прогнозирования появления внутренних макродефектов

3.1.1 Расчет профиля поперечного сечения с помощью аналитических методов

3.1.2 Определение температурного поля в наплавляемой зоне численными методами

3.2 Исследование влияния технологической паузы на термическую историю тонкостенного изделия из жаропрочного сплава 1псопе1

ГЛАВА 4.ПЕРЕНОС ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЫРАЩИВАНИЯ С МЕЛКОМАСШТАБНЫХ ОБРАЗЦОВ НА КРУПНОГАБАРИТНЫЕ ЗАГОТОВКИ

4.1 Изготовление крупногабаритной заготовки из нержавеющей стали 316Ь

4.2 Изготовление технологических проб с измерением термических циклов и с последующим сравнением с расчетными данными из титанового сплава ВТ6

4.3 Изготовление крупногабаритных заготовок из жаропрочного сплава на основе никеля НаудеБ

ВЫВОД

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование особенностей формирования макродефектов объемной лазерной наплавки и разработка метода получения бездефектных наплавленных слоев»

ВВЕДЕНИЕ

Наукоемкие отрасли современного машиностроения, такие как авиационное и ракетное двигателестроение, приближаются к технологическому барьеру, препятствующему дальнейшему улучшению характеристик и уменьшению себестоимости продукции. Эффективность традиционных двигательных систем находится на пределе, основной тенденцией развития является повышение рабочей температуры и ограничивается эксплуатационными характеристиками применяемых материалов. Альтернативой является снижение веса двигателя, повышение топливной эффективности и развитие новых схем горения (детонации) топлива, что влечет за собой повышение сложности геометрии узлов и деталей двигателей до уровня, ограничивающего возможность применения традиционных технологий обработки металлов в производстве. Решением является использование аддитивных технологий производства металлических деталей.

На данный момент классификацию методов аддитивного производства производят по различным критериям. Основными из них являются, источник энергии (лазер, электрическая дуга, электронных луч, плазма и т.д.), способ нанесения (прямой или послойный), используемый материал (порошок, проволока, жидкость, листы). По мере развития к классификации добавляются новые параметры.

Степень использования аддитивных технологий в промышленном производстве является индикатором индустриального развития государства. В настоящее время с помощью аддитивных технологий упрощаются производственные процессы в авиационной промышленности, энергомашиностроении, приборостроении, где есть потребность в изделиях сложной геометрии и «выращивании» металлических деталей. По-прежнему российские потребители зависят как от поставок импортных высококачественных металлических порошков, так и от импорта оборудования.

В ряде отраслей - авиационной промышленности, в судостроении, энергетическом машиностроении, а также дентальной медицине и восстановительной хирургии, внедрение аддитивных технологий наиболее заметно. Имеется также положительный опыт использования аддитивных технологий для ремонта дорогостоящих изделий, например, рабочих органов турбин ГТД, валов и т. д., а также для нанесения защитных и износостойких покрытий. Безусловно, аддитивные технологии имеют огромное преимущество перед традиционными за счет сокращении времени и стоимости при проведении НИОКР. Авиационная и автомобильная отрасли США и Европы являются главными заказчиками и потребителями AM-технологий. В последнее время эти технологии привлекают крупные промышленные компании: Boeing, Mersedes, General Electric, Lockheed Martin, Mitsubishi, General Motors. Активно применяются эти технологии в бытовой электронике и медицине, в том числе стоматологии [1,2].

Аддитивные технологии имеют множество преимуществ перед традиционными. Благодаря прямому построению деталей становится возможным получение изделий любых форм и размеров. При переходе от детали с одной геометрией к деталям с другой геометрией не требуется дополнительной дорогостоящей оснастки. Становится возможным получение изделий с топографическим дизайном, с градиентной структурой. При этом происходит значительный рост производительности и снижение затрат исходного сырья.

Основной технологией, активно внедряемой в двигателестроение,

является технология послойного лазерного сплавления металлических

порошков, которая позволяет получать недоступные ранее формы,

использовать новые материалы, значительно сократить время изготовления,

объем последующей обработки и себестоимость деталей. Но ограниченный

максимальный размер получаемых деталей и низкая производительность не

позволяют этой технологии покрыть все потребности двигателестроения.

Востребована технология аддитивного производства крупногабаритных

5

изделий, размером до 2 метров в диаметре, позволяющая получать сложнопрофильные, точные заготовки деталей двигателей. Для решения таких технологических задач технология прямого лазерного выращивания является одной из наиболее перспективных [3-7].

Технология прямого лазерного выращивания изделий из металлических сплавов является дальнейшим развитием технологий лазерной порошковой наплавки. Принцип построения изделий строится на формировании отдельных наплавочных валиков и наложении их друг на друга в определенном порядке [8].

Для выращивания конкретного изделия необходимо создать траекторию

перемещения технологического инструмента относительно подложки,

двигаясь по которой, технологический инструмент проведет наплавку

отдельных валиков, формирующих изделие. Траектория перемещения

включает в себя координаты точек в пространстве, указания на тип

интерполяции и скорость движения инструмента, а также вспомогательную

информацию - места включения и выключения лазера, технологические

параметры процесса. Количество точек при выращивании крупногабаритных

изделий может составлять несколько миллионов, таким образом ручное

программирование подобных систем представляет определенную сложность,

если вообще возможно. Для автоматизации процесса необходимо

использовать специализированное программное обеспечение для создания

траекторий и как следствие - управляющих программ для контроллера робота.

В основе подобных САПР, которые широко применяются для подготовки

управляющих программ для систем ЧПУ, лежат отдельные стратегии

обработки - алгоритмы построения траекторий обработки исходя из

геометрии изделия. Каждая стратегия обработки призвана совершать

определенную операцию и оптимальна для работы с какой-либо типичной

геометрией. Теоретически возможно работать только с одной, простейшей

стратегией обработки, например, скопировать стратегию струйного принтера,

когда в каждом слое технологических инструмент проходит над каждой

6

точкой пространства и либо производит, либо не производит обработку. Но применительно к реальному, сложному, технологическому процессу результат будет плачевный. Даже в более простом, чем ПЛВ, послойном сплавлении стратегии обработки слоев отличаются от стратегии принтера, они учитывают проходы по контурам изделия для улучшения качества поверхности, обработку в разбежку, для равномерного тепловложения и т.д. Специализированная стратегия обработки позволяет увеличить скорость обработки, повысить качество получаемых изделий и создать прежде недоступную форму изделия.

Прямое лазерное выращивание является сложным процессом, включающим в себя множество технологических параметров (ширина валика, скорость процесса, мощность лазерного излучения, расход подаваемого порошка, смещение по высоте и др.). Правильность выбора оптимальных параметров влияет как на экономическую составляющую процесса, а именно на производительность изготавливаемых заготовок, так и на качественную (формирование, шероховатость, механические свойства и др.). Причем производительность процесса выращивания ограничена образованием внутренних макродефектов, например, увеличение скорости процесса, смещений по ширине и высоте приведет к образованию несплавлений в основаниях между валиками, которые в свою очередь, могут снизить эксплуатационные характеристики получаемых заготовок.

Поскольку технология прямого лазерного выращивания применяется в

основном для изготовления ответственных крупногабаритных деталей в

мелкосерийном (и единичном) производстве, для получения гарантированных

бездефектных структур, необходимо проводить предварительные

изготовления образцов, как на металлографические исследования, так и на

механические испытания. Однако, из-за значительной разницы исследуемых

образцов, как по габаритам, так и геометрии, от итоговой заготовки, данные

исследования могут не отражать действительность. Так, например,

изготовление мелкогабаритных образцов может привезти к их интенсивному

7

перегреву (из-за низкого временного промежутка между валиками). При изготовлении крупногабаритного изделия наоборот, из-за большой паузы между соседними валиками, изделие успевает остыть и для того, чтобы предотвратить образование несплавлений, необходимо вкладывать большее количество тепловой энергии. Таким образом, при определении оптимального режима выращивания необходимо учитывать термическую историю выращиваемых образцов и максимально приблизить ее к термической истории крупногабаритных заготовок.

Исходя из вышесказанного, целью диссертационной работы является исследование влияния технологических параметров на образование неспалавлений в процессе ПЛВ и разработка методики получения бездефектных изделий путем переноса режима с технологических проб на крупногабаритные изделия.

Задачи:

1. На основе анализа литературных данных выявить используемые методики исследования структуры и свойств образцов, полученных методом прямого лазерного выращивания;

2. Определить критерии получения бездефектных структур и разработать методику переноса технологических параметров с мелкогабаритных образцов на крупногабаритные заготовки;

3. Подтвердить методику экспериментальными данными с помощью измерения термических циклов на образцах с последующим металлографическими исследованиями и определением механических свойств изготовленных образцов;

4. Подтвердить методику на примере крупногабаритных изделий, изготовленных методом прямого лазерного выращивания.

Использование технологии прямого лазерного выращивания

экономически целесообразно при изготовлении крупногабаритных деталей

для мелкосерийного или единичного производства. Основными

потребителями являются предприятия двигателестроения, авиа и космическая

8

промышленность, судостроение и предприятия атомной промышленности. Данные сферы заинтересованы в переходе к более технологичным конструкторским решениям в постоянно расширяющихся номенклатурах новых деталей и узлов, а для реализации и возможности изготовления технология прямого лазерного выращивания зарекомендовала себя наилучшим образом. Для дальнейшего развития технологии и ее укреплении в используемых сферах промышленности, необходимо понимание и возможность прогнозирования получаемых структур и свойств изготавливаемых деталей. Поскольку подбирать оптимальные технологические параметры процесса непосредственно на изделии экономически нецелесообразно, необходимо разработать методику переноса этих параметров на изделия.

Исходя из вышесказанного, сформулирована научная новизна работы:

1) Выявлены критерии получения бездефектных структур при изготовлении крупногабаритных заготовок методом прямого лазерного выращивания, а именно, к технологическим параметрам процесса добавляется пауза между валиками и межпроходная температура в области выращивания;

2) Разработана методика переноса технологических параметров с мелкомасштабных образцов на крупногабаритные изделия;

3) Исследованы зависимости уровней мощности, при которых образуются несплавления при разных паузах на основных материалах, используемых в данной технологии (нержавеющая сталь, жаропрочный сплав на основе никеля, титановый сплав);

Практическая значимость работы:

1) В процессе работы произведена и опробована методика переноса технологических параметров с мелкомасштабных образцов на крупногабаритные заготовки с последующим исследованием бездефектных структур;

2) Разработаны рекомендации по изготовлению технологических проб, а также их габариты и необходимые паузы между валиками;

3) Разработаны рекомендации по технологическим параметрам основных материалов, используемых в технологии прямого лазерного выращивания, а именно для нержавеющей стали 316L, титанового сплава ВТ6 и жаропрочного сплава на основе никеля H23X-A (Haynes 230).

Методология исследования:

Результаты исследований получены с использованием современного научно-исследовательского оборудования. В процессе работы был использован тщательный подход к проведению всех экспериментов и регистрация полученных данных. Результаты, полученные в ходе исследования, не противоречат ранее опубликованным данным на схожую тематику. Результаты расчетных данных верифицированы проведенными экспериментами. Структуры полученных образцов анализировались стандартными методиками металлографического исследования на технологичном оборудовании. Механические характеристики определялись по стандартным методикам для одноосного растяжения с использованием поверенного испытательного оборудования.

Степень достоверности и апробация:

Основные результаты работы представлены на международной конференции LANE 2020, а также на конференции «Лучевые технологии и применения лазеров BTLA-2021». Основное содержание и некоторые результаты изложены в 3-х статьях: сборник 11-ой международной конференции LANE 2020, международный журнал «Metals», журнал «Фотоника», выступление на 69 научно-технической сессии по проблемам газовых турбин «Научно-технические проблемы полной локализации производства и технического обслуживания стационарных газотурбинных установок в РФ».

Объем работы:

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов по работе и списка литературы из 86 наименований. Диссертация изложена на 129 страницах машинописного текста, содержит 88 рисунков и 30 таблиц.

Глава 1. Методики исследования структуры и свойств материалов, изготовленных методом прямого лазерного выращивания

Как уже было сказано ранее, технология прямого лазерного выращивания экономически целесообразна для изготовления крупногабаритных заготовок со сложной геометрией и в мелкосерийном производстве. Основными потребителями данной технологии являются предприятия, выпускающие ответственные изделия и узлы, следовательно, каждая выращенная заготовка должна обладать высокими механическими свойствами. На данный момент достаточно проблематично создать производство деталей полного цикла с использованием технологии прямого лазерного выращивания, т.к. для этого требуются большие объемы производства, как на создание металлопорошковых композиций, так и для окончательной механической обработки выращенных деталей. Поскольку на эксплуатационные характеристики изготовленных деталей влияют много переменных, таких как, качество порошка, технологические параметры процесса, режим термической обработки, необходимо выстроить последовательность процессов изготовления, включающую контроли качества на каждом этапе.

На данный момент описание рабочих процессов выращивания в литературе ограничивается описанием создания траектории выращивания. Так, например, в [9] производится описание методики выращивания заготовки, декомпозиция изделия, нарезка на слои каждого элемента, симуляция процесса и изготовление детали. В данном примере авторы сфокусированы на методике создания траектории из 3D-модели, но несмотря на то, что в статье описывается процесс создания конкретной детали, структура, свойства и наличие внутренних дефектов остаются неизвестными. Подобные разработки предлагаются авторами [10-12]. В данных работах также описываются методики создания траектории без внимания к свойствам получаемых заготовок.

В связи с постоянно увеличивающимся спросом на изготовление заготовок методом прямого лазерного был составлен рабочий процесс, включающий в себя контроль качества на каждом этапе. На рисунке 1 представлена общая схема рабочего процесса:

Рисунок 1 - Общая схема рабочего процесса изготовления заготовки Таким образом, рабочий процесс состоит из нескольких основных

этапов:

1) Входной контроль порошка.

Первая стадия состоит из исследования полученного порошка и определения потенциальной возможности его дальнейшего использования. На данном этапе исследуется фракционный и химический состав материала (измеренные данные сверяются с заводскими сертификатами), определяется сферичность, текучесть порошка, наличие неметаллических включений и газовая пористость внутри частиц.

2) Изготовление технологической пробы.

Параллельно с проведением входного контроля порошка производится

изготовление небольших образцов, предназначенных для последующих

металлографических исследований. Как правило, изготавливается несколько

(3-5 шт.) образцов с одним изменяющимся параметром. Данный этап

позволяет не только определить оптимальные параметры процесса

13

выращивания, но и анализировать зависимости получаемых структур от разных технологических параметров.

3) Металлографические исследования.

После изготовления технологических проб, производится их резка и последующие шлифование и полирование. Далее на оптическом микроскопе исследуются внутренние макродефекты (если присутствуют). В результате проведенного анализа выбирается оптимальный режим, который не имеет поверхностных и внутренних дефектов.

4) Изготовление образцов для механических испытаний.

Для определения механических свойств выращиваемых образцов и деталей изготавливается плита, из которой в дальнейшем вырезаются заготовки для стандартных образцов по ГОСТ 1497. В зависимости от назначения итогового изделия с заказчиком прорабатываются виды испытаний. Как правило, основными характеристиками являются предел прочности, предел текучести и относительное удлинение.

5) Подготовка к выращиванию.

Параллельно со входным контролем и изготовлением образцов производится проработка заготовки, которую необходимо вырастить. Сначала из 3D модели изделия создается модель заготовки, путем добавления необходимых припусков, ребер жесткости (при необходимости) и компенсационного слоя (нивелирование деформации подложки). После согласования модели заготовки с заказчиком, производится создание технологической модели в поверхностях (в программном пакете PowerShape). Данная модель учитывает правильность построения и коэффициент усадки материала. Далее по поверхностям строятся сегменты траектории, по которым будет перемещаться технологический инструмент. После построения траектории производится присваивание технологических параметров, симуляция перемещения роботизированного комплекса и постпроцессирование. Данные операции осуществляются в программном пакете Power Mill.

Если геометрия итоговой заготовки предполагает конструктивно сложные элементы, формирование которых тяжело спрогнозировать, производится вырыв данной части заготовки с последующим выращиванием как отдельного модельного образца. Данные, полученные при изготовлении образцов, переносятся в траекторию итоговой заготовки.

6) Выращивание заготовки

В зависимости от габаритов, изготовление может занимать от нескольких часов до нескольких недель. После выращивания, производится контроль геометрии заготовки на определение геометрических отклонений и формируется карта измерений. Далее, заготовка подвергается термической обработке на снятие напряжений (для некоторых сплавов необходима термическая обработка на изменение структуры металла), после чего, производится механическая обработка фрезерованием, точением, сверлением.

В данной работе основные исследования сфокусированы на изучении структуры и свойств металлов, изготовленных методом прямого лазерного выращивания. Особое внимание уделяется макродефектам, которые непосредственно связаны с технологическими параметрами процесса, а именно, несплавлениям.

Далее будут представлены примеры современных исследований ведущих специалистов в области прямого лазерного выращивания. Авторы приведенных работ проводят исследования для изучения структуры и свойств металлов и их зависимости от технологических параметров.

2.1 Влияние технологических параметров на механические свойства

Как уже было сказано ранее, структура и свойства выращенных

заготовок зависят от множества параметров. Характеристики исходного

материала, а именно, порошка, является одним из основных решающих

параметров. Так, авторы в своей работе [13], проводят исследования

различных партий порошка из нержавеющей стали 316L. Две партии не

соответствуют по химическому составу (в партии 1 завышено содержание

15

элементов Mo и М, во второй присутствует значительное превышение углерода и кислорода), а третья партия имеет низкий фракционный состав порошкового материала (60 мкм, 90 мкм в остальных партиях) и внутреннюю пористость, но по сравнению с предыдущими, соответствует по химическому составу. На рисунке 1.1 представлены три партии исследуемых порошков:

1 2 3

Рисунок 1.1 - Исследуемые партии порошка из нержавеющей стали

Далее, из представленных партий, были изготовлены образцы на исследование структуры. В результате, оказалось, что первая партия, в которой превышено содержание Mo и М, показала наилучшие результаты. В образцах из второй партии оказалось большое количество оксидных включений, а образцы из третьей имели плохое формирование во время выращивания, авторы работы связывают данный факт с низкой фракцией порошкового материала и, в следствии чего, не стабильным формированием газопорошковой струи. Также, образцы из порошка партии № 3 имели высокую пористость.

Несмотря на то, что выращивание образцов производилось на разных режимах, данное исследование представляет высокий интерес. Для получения заготовок с высокими эксплуатационными характеристиками, необходимо высокое качество исходного материала, поскольку объекты, изготовленные методом прямого лазерного выращивания, наследуют исходное состояние используемой металлопорошковой композиции.

В работе [14] авторы исследуют влияние фракционного состава порошка высокопрочной стали на механические свойства. В статье материалы разделили на 4 основные фракции:

1) < 25 мкм;

2) 15-53 мкм;

3) 45-105 мкм;

4) > 100 мкм.

Из представленных порошков изготавливались образцы для металлографических исследований и для проведения испытаний на одноосное растяжение. Несмотря на то, что существенной разницы в механических свойствах не обнаружено, в статье говориться о наследственности свойств исходного материала.

Технологические параметры прямого лазерного выращивания влияют не только на стабильность выращивания и формирование отдельных валиков, но и, что очень важно, на свойства изготавливаемых изделий. Стратегия заполнения массивного элемента является важным параметром в процессе выращивания, т.к. в зависимости от геометрии она может отличаться. Заполнение растром является одной из самых используемых стратегий, поскольку позволяет за короткое время заполнить необходимой объем различных элементов. В [15] проводят исследование на влияние угла поворота заполнения на механические свойства, рисунок 1.2:

Рисунок 1.2 - Образцы для механических свойств из нержавеющей стали 316L, где а) угол поворота растра 90°; Ь) угол поворота растра 67°

В результате, образец С-0067 (рисунок 1.2) показал относительное удлинение на 7 % ниже, чем образец С-0090.

Помимо способов заполнения, важным моментом является изменение свойств в зависимости от удаления рабочей точки от подложки, в результате чего изменяется состояние теплоотвода. По мере отдаления рабочей точки выращивания, влияние подложки становится небольшим, другими словами термическая история выращиваемого объекта стабилизируется. Данное исследование представляет высокий интерес, так как исследуются механические свойства выращенного объекта в уже термически стабилизированном состоянии. В [16] провели исследование на определение механических характеристик в зависимости от высоты образца. В данной работе была выбрана стратегия поперечного формирования валиков относительно направления роста образца. На рисунке 1.3 представлен выращенный объект и схема секций для металлографических и механических исследований.

Рисунок 1.3 - Образец для определения механических свойств, где а) выращенный образец из 316Ь, Ь) секции для металлографических и

механических исследований В результате проведенного исследования, оказалось, что несмотря на значительное изменение морфологии зерен в нижней (крупные зерна), средней (зигзагообразные столбчатые зерна) и верхней (крупные столбчатые зерна,

параллельные направлению роста) части образца, значительной разницы в механических свойствах не обнаружены.

В процессе прямого лазерного выращивания происходит послойное наплавление валиков, в связи с этим в изготавливаемых данными методами изделиях, присутствует анизотропия свойств. В работе [17] собраны основные исследования по анизотропии свойств образцов, изготавливаемых различными методами аддитивных технологий, в том числе и прямого лазерного выращивания. Основные факторы, влияющие на анизотропию, являются:

1) Морфология зерен, которые формируются во время выращивания;

2) Кристаллографическая структура;

3) Дефекты, а именно неспалвления, как между соседними валиками, так и между слоями.

В большой части проводимых исследований, не уделяется особого внимания к методике изготовления образцов, зачастую, для ускорения процесса образцы изготавливаются без остановок, а, иногда, и спиралью. Так, в [18] для исследования анизотропии свойств, в качестве образца, изготовили профильную трубу с длиной грани 60 мм из нержавеющего сплава 316 L, рисунок 1.4:

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Вильданов Артур Маратович, 2023 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. М.А. Зленко, М.В. Нагайцев, В.М. Довбыш Аддитивные

технологии в машиностроении

2. Additive manufacturing of metallic components - Process, structure and properties T. DebRoy, H.L. Wei, J.S. Zuback, T. Mukherjee, J.W. Elmer, J.O. Milewski, A.M. Beese, A. Wilson-Heid, A. Ded, W. Zhang// Progress in Materials Science 92 (2018) 112-224

3. T.A. Campbell, O.S. Ivanova, Additive manufacturing as a disruptive technology: implications of three-dimensional printing, Technol. Innov. 15 (1) (2013) 67-79, https://doi.org/10.3727/194982413x13608676060655

4. R. Russell, et al., Qualification and certification of metal additive manufactured hardware for aerospace applications, in: Additive Manufacturing for the Aerospace Industry, Elsevier, 2019, pp. 33-66. doi:10.1016/B978-0-12-814062-8.00003-0

5. I. Gibson, D. Rosen, B. Stucker, Additive manufacturing technologies: 3D printing, rapid prototyping, and direct digital manufacturing, second edition, Springer New York, New York, NY, 2015, doi:10.1007/978-1-4939-2113-3

6. L.E. Murr, Handbook of Materials Structures, Properties, Processing and Performance, Springer International Publishing, Cham, 2015. doi: 10.1007/ 9783-319-01815-7

7. H. Bikas, P. Stavropoulos, G. Chryssolouris, Additive manufacturing methods and modelling approaches: a critical review, Int. J. Adv. Manuf. Technol. 83 (1-4) (2016) 389-405, https://doi.org/10.1007/s00170-015-7576-2

8. Turichin G.A., Somonov V.V., Babkin K.D., Zemlyakov E.V., Klimova O.G. High-speed direct laser deposition: technology, equipment and materials // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering Current Problems and Solutions, 2016, Vol. 125 № 012009.

9. Bernardo Freire, Mihail Babcinschi, Luc'ia Ferreira, Baltasar Se~naris, Felix Vidal, Pedro Neto. Direct Energy Deposition: a complete workflow for the

additive manufacturing of complex shape parts. Procedia Manufacturing 51 (2020) 671-677. https://creativecommons.Org/licenses/by-nc-nd/4.0/

10. Yaoyu Ding, Rajeev Dwivedi, Radovan Kovacevic. Process planning for 8-axis robotized laser-based direct metal deposition system: A case on building revolved part. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 44 (2017) 67-76

11. Donghong Ding, Zengxi Pan, Dominic Cuiuri, Huijun Li, Nathan Larkin, Stephen van Duin. Automatic multi-direction slicing algorithms for wire based additive manufacturing. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing 37 (2016)139-150

12. Wentao Zha, Sam Anand. Geometric approaches to input file modification for part quality improvement in additive manufacturing. Journal of Manufacturing Processes xxx (2015) xxx-xxx

13. Didier Boisselier , Simon Sankaré. Influence of powder characteristics in laser direct metal deposition of SS316L for metallic parts manufacturing. Physics Procedia 39 (2012) 455 - 463

14. Junyi Feng, Peilei Zhang, Zhiyuan Jia, Zhishui Yu, Chao Fang, Hua Yan, Haichuan Shi, Yingtao Tian. Microstructures and mechanical properties of reduced activation ferritic/martensitic steel fabricated by laser melting deposition. Fusion Engineering and Design 173 (2021) 112865

15. Abdollah Saboori, Gabriele Piscopo, Manuel Lai, Alessandro Salmi, Sara Biamino, An investigation on the effect of deposition pattern on the microstructure, mechanical properties and residual stress of 316L produced by Directed Energy Deposition, Materials Science and Engineering: A, Volume 780, 2020. https://doi.org/10.1016/imsea.2020.139179

16. D.R. Feenstra, V. Cruz, X. Gao, A. Molotnikov, N. Birbilis, Effect of build height on the properties of large format stainless steel 316L fabricated via directed energy deposition, Additive Manufacturing, Volume 34, 2020, https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101205

17. Y. Kok, X.P. Tan, P. Wang, M.L.S. Nai, N.H. Loh, E. Liu, S.B. Tor,

Anisotropy and heterogeneity of microstructure and mechanical properties in metal

121

additive manufacturing: A critical review, Materials & Design, Volume 139, 2018, https://doi.Org/10.1016/i.matdes.2017.11.021

18. Jeferson T. Pacheco, Vitor H. Meura, Paulo Rafael A. Bloemer, Marcelo T. Veiga, Osmar C. de Mourn Filho, Alexandre Cunha, Mois'es F. Teixeira. Laser directed energy deposition of AISI 316L stainless steel: The effect of build direction on mechanical properties in as-built and heat-treated conditions. Advances in Industrial and Manufacturing Engineering 4 (2022) 100079

19. Pierre Margerit, Daniel Weisz-Patrault, Krishnaswamy Ravi-Chandar, Andrei Constantinescu, Tensile and ductile fracture properties of as-printed 316L stainless steel thin walls obtained by directed energy deposition, Additive Manufacturing, Volume 37, 2021, https://doi.org/10.1016/i.addma.2020.101664

20. Seifallah Fetni, Tommaso Maurizi Enrici, Tobia Niccolini, Hoang Son Tran, Olivier Dedry, Laurent Duchene, Anne Mertens, Anne Marie Habraken, Thermal model for the directed energy deposition of composite coatings of 316L stainless steel enriched with tungsten carbides, Materials & Design, Volume 204, 2021, https://doi.org/10.1016/i .matdes.2021.109661

21. Ryo Koike, Luca Pagano, Yasuhiro Kakinuma, Yohei Oda, Masaki Kondo, Stabilization of metal structure formation in directed energy deposition by applying a coolant system, Procedia Manufacturing, Volume 40, 2019, Pages 38-44, https://doi.org/10.1016/i.promfg.2020.02.008

22. Erik R. Denlinger, Jarred C. Heigel, Pan Michaleris, T.A. Palmer, Effect of inter-layer dwell time on distortion and residual stress in additive manufacturing of titanium and nickel alloys, Journal of Materials Processing Technology, Volume 215, 2015, Pages 123-131, https://doi.org/10.1016/i.imatprotec.2014.07.030

23. Frank Silze, Michael Schnick, Irina Sizova, Markus Bambach, Laser Metal Deposition of Ti-6Al-4V with a Direct Diode Laser Set-up and Coaxial Material Feed, Procedia Manufacturing, Volume 47, 2020, Pages 1154-1158, https://doi.org/10.1016/i.promfg.2020.04.156

24. Frederick Lia, Joshua Z. Park, Jayme S. Keist, Sanjay Joshi, Richard P. Martukanitz, Thermal and microstructural analysis of laser-based directed energy deposition for Ti-6Al-4V and Inconel 625 deposits, Materials Science and Engineering: A, Volume 717, 2018, Pages 1-10, https://doi.org/10.1016/i.msea.2018.01.060

25. M O Gushchina, S Yu Ivanov and A M Vildanov. Effect of Temperature Field on Mechanical Properties of Direct Laser Deposited Ti-6Al-4V Alloy. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 969 (2020). https://doi.org/10.1088/1757-899X/969/1/012103

26. Seifi, M., Salem, A., Beuth, J. et al. Overview of Materials Qualification Needs for Metal Additive Manufacturing. JOM 68, 747-764 (2016). https://doi.org/10.1007/s11837-015-1810-0

27. Межгосударственный стандарт ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжения

28. Pan Wang, Mui Ling Sharon Nai, Xipeng Tan, Guglielmo Vastola, Srinivasan Raghavan, Wai Jack Sin, Shu Beng Tor, Qing Xiang Pei, Jun Wei. Recent Progress of Additive Manufactured Ti-6Al-4V by Electron Beam Melting. Solid Freeform Fabrication 2016: Proceedings of the 26th Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium - An Additive Manufacturing Conference

29. Cunningham, R., Narra, S.P., Ozturk, T. et al. Evaluating the Effect of Processing Parameters on Porosity in Electron Beam Melted Ti-6Al-4V via Synchrotron X-ray Microtomography. JOM 68, 765-771 (2016). https://doi.org/10.1007/s11837-015-1802-0

30. Peng-Hui Lia Wei-Guo Guoa Wei-Dong Huang YuSuc XinLin Kang-Bo Thermomechanical response of 3D laser-deposited Ti-6Al-4V alloy over a wide range of strain rates and temperatures // Materials Science and Engineering: A Volume 647, 28 October 2015, Pages 34-42

31. T. Vilaro, C. ColinJ. D. Bartout Metallurgical and Materials Transactions A, 2011, Volume 42, Issue 10, pp 3190-3199

32. As-Fabricated and Heat-Treated Microstructures of the Ti-6Al-4V Alloy Processed by Selective Laser Melting, Charlotte de Formanoir Sébastien Michotte, Olivier Rigo, Lionel Germain, Stéphane Godet Electron beam melted Ti-6A1-4V: Microstructure, texture and mechanical behavior of the as-built and heat-treated material// Materials Science & Engineering A 652 (2016) 105-119

33. A M Vildanov, K D Babkin, E V Zemlyakov and M O Gushchina. The effects of beam oscillation on the quality of laser deposited metal parts. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1109 (2018)

34. Knapp, G.L.; Mukherjee, T.; Zuback, J.S.; Wei, H.L.; Palmer, T.A.; De, A.; DebRoy, T. Building blocks for a digital twin of additive manufacturing. Acta Mater. 2017, 135, 390-399. [CrossRef]

35. Chai, Q.; Fang, C.; Hu, J.; Xing, Y.; Huang, D. Cellular automaton model for the simulation of laser cladding profile of metal alloys. Mater. Des. 2020, 195, 109033. [CrossRef]

36. Nie, Z.;Wang, G.; McGuffin-Cawley, J.D.; Narayanan, B.; Zhang, S.; Schwam, D.; Kottman, M.; Rong, Y.K. Experimental study and modeling of H13 steel deposition using laserhot-wire additive manufacturing. J. Mater. Process. Technol. 2016, 235, 171-186. [CrossRef]

37. Caiazzo, F.; Alfieri, V. Simulation of laser-assisted directed energy deposition of aluminum powder: Prediction of geometry and temperature evolution. Materials 2019, 12, 2100. [CrossRef] [PubMed]

38. Zhong, C.; Pirch, N.; Gasser, A.; Poprawe, R.; Schleifenbaum, J.H. The influence of the powder stream on high-deposition-ratelaser metal deposition with inconel 718. Metals 2017, 7, 443. [CrossRef]

39. Kovalev, O.; Bedenko, D.; Zaitsev, A. Development and application of laser cladding modeling technique: From coaxial powder feeding to surface deposition and bead formation. Appl. Math. Model. 2018, 57, 339-359. [CrossRef]

40. Gu, H.; Wei, C.; Li, L.; Han, Q.; Setchi, R.; Ryan, M.; Li, Q. Multi-physics modelling of molten pool development and track formation in multi-track,

multi-layer and multi-material selective laser melting. Int. J. Heat Mass Transf. 2020, 151, 119458. [CrossRef]

41. Panda, B.K.; Sarkar, S.; Nath, A.K. 2D thermal model of laser cladding process of Inconel 718. Mater. Today Proc. 2021, 41, 286-291. [CrossRef]

42. Wei, H.; Liu, F.; Liao, W.; Liu, T. Prediction of spatiotemporal variations of deposit profiles and inter-track voids during laser directed energy deposition. Addit. Manuf. 2020, 34, 101219. [CrossRef]

43. Paes, L.E.D.S.; Ferreira, H.S.; Pereira, M.; Xavier, F.A.;Weingaertner, W.L.; Vilarinho, L.O. Modeling layer geometry in directed energy deposition with laser for additive manufacturing. Surf. Coat. Technol. 2021, 409, 126897. [CrossRef]

44. Ansari, M.; Martinez-Marchese, A.; Huang, Y.; Toyserkani, E. A mathematical model of laser directed energy deposition for process mapping and geometry prediction of Ti-5553 single-tracks. Materialia 2020, 12, 100710. [CrossRef]

45. Wang, D.; Li, T.; Shi, B.; Wang, H.; Xia, Z.; Cao, M.; Zhang, X. An analytical model of bead morphology on the inclined substrate in coaxial laser cladding. Surf. Coat. Technol. 2021, 410, 126944. [CrossRef]

46. Liu, J. Formation of cross-sectional profile of a clad bead in coaxial laser cladding. Opt. Laser Technol. 2007, 39, 1532-1536. [CrossRef]

47. Liu, F.;Wei, L.; Shi, S.;Wei, H. On the varieties of build features during multi-layer laser directed energy deposition. Addit. Manuf. 2020, 36, 101491. [CrossRef]

48. Ilya Udin, Ekaterina Valdaytseva and Nikita Kislov. Numerical Estimation of the Geometry of the Deposited Layers during Direct Laser Deposition of Multi-PassWalls. Metals 2021, 11, 1972. https://doi.org/10.3390/met11121972

49. Akira Matsunawa and Takayoshi Ohji, Role of Surface Tension in Fusion Welding (Part 1), Transactions of JWRI. 11(2) P.145-P.154, 1982-12

50. Radaj D. Welding residual stresses and distortion Calculation and measurement. DVS-Verlag, Dusseldorf; 2002. 415 p.

51. Thermo-Mechanical Modeling of Additive Manufacturing 1 st Edition. Gouge M, Michaleris P, editors. Butterworth-Heinemann; 2017. p. 294

52. Nguyen N. Thermal analysis of welds. WIT press; 2004

53. Lindgren, Lars-Erik Approaches in computational welding mechanics applied to additive manufacturing: Review and outlook / Lars-Erik Lindgren, Andreas Lundback // Comptes Rendus Mecanique. - Vol. 346. - Iss. 11. - P. 10331042

54. Debroy, T. Additive manufacturing of metallic components - process, structure and properties / T. Debroy, H. L. Wei, J. S. Zuback, T. Mukherjee, J. W. Elmer, J. O. Milewski, Allison Michelle Beese, A. Wilson-Heid, A. De, W. Zhang // Progress in Materials Science. - 2018. - Vol. 92. - P. 112-224

55. Kwon, H Temperature-dependent absorptance of painted aluminum, stainless steel 304, and titanium for 1.07 lm and 10.6 lm laser beams / H. Kwon, W. K. Baek, M. S. Kim, W. S. Shin, J. J. Yoh // Optics and Lasers in Engineering. -2012. - Vol. 50 - P. 114-121

56. Gouge, M. Thermo-Mechanical Modeling of Additive Manufacturing / Gouge M. - 1st Edition. - Oxford: Butterworth-Heinemann, 2017. - p. 294

57. Березовский Б.М. Математическое моделирование формирования горизонтальных швов на наклонной плоскости [текст] / Стихин В.А. // Автоматическая сварка №1, 1988г., 26-31с

58. N. Haghdadi, M. Laleh, M. Moyle, S. Primig, Additive manufacturing of steels: a review of achievements and challenges, J. Mater. Sci. 56 (1) (2021) 64107, https://doi.org/10.1007/s10853-020-05109-0

59. A. Adeyemi, E.T. Akinlabi, R.M. Mahamood, Powder bed based laser additive manufacturing process of stainless steel: a review, Mater. Today: Proc. 5 (9) (2018) 18510-18517, https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.06.193

60. X. Zhang, Y. Chen, J. Hu, Recent advances in the development of aerospace materials, Prog. Aerosp. Sci. 97 (2018) 22-34, https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2018.01.001

61. J.W. Morris Jr, Making steel strong and cheap, Nat. Mater. 16 (8) (Aug. 2017) 787-789, https://doi.org/10.1038/nmat4949

62. Rudolf Korsmik, Igor Tsybulskiy, Aleksander Rodionov, Olga Klimova-Korsmik, Maria Gogolukhina, Sergei Ivanov, Grigoriy Zadykyan, Ruslan Mendagaliev. The approaches to design and manufacturing of large-sized marine machinery parts by direct laser deposition. Procedia CIRP 94 (2020) 298-303

63. Qi Chao, Sebastian Thomas, Nick Birbilis, Pavel Cizek, Peter D. Hodgson, Daniel Fabijanic. The effect of post-processing heat treatment on the microstructure, residual stress and mechanical properties of selective laser melted 316L stainless steel. Materials Science and Engineering: A. Volume 821, 21 July 2021, 141611. https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141611

64. C. Wang, P.Zhu, Y. H. Lu, T.Shoji. Effect of heat treatment temperature on microstructure and tensile properties of austenitic stainless 316L using wire and arc additive manufacturing. Materials Science and Engineering: A. Volume 832, 14 January 2022, 142446. https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.142446

65. M. Peters, J. Kumpfert, C.H. Ward, C. Leyens, Titanium alloys for aerospace applications, Adv. Eng. Mater. 5 (6) (2003) 419-427, https://doi.org/10.1002/adem.200310095

66. E. Uhlmann, R. Kersting, T.B. Klein, M.F. Cruz, A.V. Borille, Additive manufacturing of titanium alloy for aircraft components, Procedia CIRP 35 (2015) 55-60, https://doi.org/10.1016/j.procir.2015.08.061

67. G. Lutjering, J.C. Williams, Titanium, second ed., Springer Verlag, Berlin, Heidelberg New York, 2007

68. L.E. Murr, S.A. Quinones, S.M. Gaytan, M.I. Lopez, A. Rodela, E.Y. Martinez, D.H. Hernandez, E. Martinez, F. Medina, R.B. Wicker, J. Mech. Behav. Biomed. Mater 2 (2009) 20e32

69. I. Gibson, Advanced Manufacturing Technology for Medical Applications: Reverse Engineering, Software Conversion and Rapid Prototyping, John Wiley & Sons Ltd., England, 2005

70. Galarraga, H. Effects of heat treatments on microstructure and properties of Ti-6Al-4V ELI alloy fabricated by electron beam melting (EBM) / H. Galarraga, R.J. Warren, D.A. Lados, R.R. Dehoff, M.M. Kirka, P. Nandwana // Materials Science and Engineering: A - 2017. - Vol. 685 - P. 417-428.

71. Young-Kyun Kima Improvement in the high-temperature creep properties via heat treatment of Ti-6Al-4V alloy manufactured by selective laser melting / Young-157 Kyun Kima, Soon-Hong Parkb, Ji-Hun Yuc, Bandar Al Mangourd, Kee-Ahn Leea // Materials Science & Engineering A - 2018. - Vol. 715.

- P. 33-40.

72. Longhitano, G.A. Heat treatments effects on functionalization and corrosion behavior of Ti-6Al-4V ELI alloy made by additive manufacturing / G.A. Longhitano, M.A. Arenas, A. Conde, M.A. Larosa, Andre Luiz Jardini, Ceci Ame de Carvalho Zavaglia, Juan Jose Damborenea // Journal of Alloys and Compounds

- 2018. - Vol. 765. - P. 961-968.

73. Ahmed T. Phase transformations during cooling in a+b titanium alloys / T. Ahmed, H. J. Rack // Materials Science and Engineering. - 1998. - Vol. 243. -P. 206-211.

74. Гущина М. О. Разработка способов управления структурой и свойствами в титановом сплаве ВТ6 при объемной лазерной наплавке. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург, 2021 г.

75. I. Yadroitsev, Selective Laser Melting: Direct Manufacturing of 3D-objects by Selective Laser Melting of Metal Powders, LAP LAMBERT Academic Publishing, Deutschland, 2009.

76. Каблов Е.Н., Петрушин Н.В., Морозова Г.И., Светлов И.Л. Физикохимические факторы жаропрочности никелевых сплавов, содержащих рений // Авиационные материалы и технологии. - 2004. - № 1. - С. 37-47

77. Каблов Е.Н., Голубовский Е.Р. Жаропрочность никелевых сплавов. - М.: Машиностроение, 1998. - 464 с

78. M. Perrut, P. Caron, M. Thomas, A. Couret, High temperature materials for aerospace applications: Ni-based superalloys and c-TiAl alloys, C.R. Phys. 19 (8) (2018) 657-671, https://doi.org/10.1016/i.crhy.2018.10.002

79. E. Akca, A. Gürsel, A review on superalloys and IN718 nickel-based INCONEL superalloy, Periodicals Eng. Nat. Sci. (PEN) 3 (1) (2015), https://doi.org/10.21533/pen.v3i1.43

80. Электронный ресурс - http://haynesintl.com/docs/default-source/pdfs/new-alloy-brochures/high-temperature-alloys/brochures/230-brochure.pdf?sfvrsn=ae7229d4 86;

81. T. Bauer, K. Dawson, A.B. Spierings, K. Wegener Microstructure and mechanical characterisation of SLM processed Haynes® 230®, 2015, https://doi.org/10.3929/ethz-a-010584903

82. Kristen Adair, Mohsin Hasan, Xuanpu Ning, Bo Yang Investigation of Cracking in 230 Ni Alloy Prepared by Direct Metal Laser Sintering, MSE 430-440: Materials Processing and Design

83. Zhao GaoLe , Jiang Yun , Hu XiaoAn , Huang Jia , Wu JinWu & Wang Yun (2020): High-temperature mechanical properties of nickel-based superalloys manufactured by additive manufacturing, Materials Science and Technology, DOI: 10.1080/02670836.2020.1799137

84. M. Haack, M. Kuczyk, A. Seidel, E. López, F. Brückner, and C. Leyens Investigation on the formation of grain boundary serrations in additively manufactured superalloy Haynes 230, J. Laser Appl. 32, 032014 (2020); doi: 10.2351/7.0000112

85. Xia, T.;Wang, R.; Bi, Z.; Wang, R.; Zhang, P.; Sun, G.; Zhang, J. Microstructure and Mechanical Properties of Carbides Reinforced Nickel Matrix Alloy Prepared by Selective Laser Melting. Materials 2021, 14, 4792. https://doi.org/10.3390/ma14174792

86. Электронный ресурс -https: //hightempmetal s. com/techdata/hitempHaynes230data.php