Разработка оборудования модульного типа и параметров аддитивного выращивания объектов электронно-лучевым сплавлением порошков и проволоки из титановых сплавов и из нержавеющей стали тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Федоров Василий Викторович

• Федоров Василий Викторович
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Федоров Василий Викторович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Аддитивные технологии и оборудование на основе электронно-лучевого воздействия в производстве металлических изделий (литературный обзор)

1.1 Обзор методов аддитивного формообразования металлических изделий

1.1.1 Развитие аддитивных технологий для ЭЭ-печати металлами

1.1.2. Методы и оборудование для электронно-лучевого сплавления

металлических материалов

1.1.3 Металлические материалы для 3D-печати................................................ЭЭ

1.2 Условия, влияющие на формирование структуры, состава и свойств изделий, полученных ЭЭ-печатью титановыми сплавами и нержавеющей сталью с помощью электронного луча..................................................................................... Э6

1.2.1. Особенности термических условий при аддитивных технологиях с применением металлов ......................................................................................... Э6

1.2.2 Процессы, влияющие на формирование структуры и свойства изделий из титановых сплавов и нержавеющей стали, полученные селективным сплавлением порошка и сплавления проволоки

1.2.3 Концепции и стратегии построения изделия при 3Э-печати с помощью электронного луча

1.3 Краткий обзор методов математического моделирования термических

условий при 3Э-печати

Выводы

2. Разработка модульного электронно-лучевого оборудования для селективного и прямого сплавления металлических материалов

2.1 Реализация модульного принципа при создании электронно-лучевой установки для аддитивных технологий

2.1.1 Разработка электронно-лучевого энергокомплекса для установки модульного типа

2.1.2 Разработка модуля селективного сплавления порошкового материала

2.1.3 Модуль для электронно-лучевого сплавления проволоки

2.2. Разработка программного обеспечения для автоматического управления

установкой

2.3 Опытная электронно-лучевая установка для селективного и прямого

сплавления металлических материалов НИ ТПУ

Выводы

3. Материалы, методология разработки режимов 3Э-печати и методы исследования

3.1 Материалы для 3Э-печати

3.2 Методология разработки режимов 3D-печати

3.3 Методы исследования и контроля структуры

3.3.1 Схема вырезки образцов

3.3.2 Компьютерная томография - контроль макроструктуры и дефектов

3.3.3 Рентгеноструктурный анализ и исследования микроструктуры

3.3.4 Измерение физико-механических свойств и механические испытания

4. Выращивание образцов методом селективного электронно-лучевого сплавления металлического порошка

4.1 Исследование базовых параметров селективного ЭЛ-сплавления металлического порошка

4.1.1 Эффект электростатического выноса металлического порошка при электронно-лучевом сплавлении

4.1.2 Меры по предотвращению выноса металлического порошка

4.2 Установление зависимости геометрии ванны расплава от управляющих параметров при электронно-лучевом сплавлении порошка

4.3 Определение оптимальных параметров послойного сплавления одиночных дорожек

4.3.1 Контроль структуры и свойств послойного сплавления одиночных дорожек, полученных методом селективного электронно-лучевого сплавления

4.4 Выбор стратегии выращивания объемных объектов

4.4.1 Контроль структуры и физико-механических свойств объемных

образцов, полученных селективным электронно-лучевым сплавлением

4.5 Математическая модель термических условий при селективном сплавлении

Выводы

5. Выращивание образцов методом электронно-лучевого сплавления проволоки

5.1 Исследование базовых параметров электронно-лучевого сплавления проволоки

5.2 Установление зависимости геометрии ванны расплава от значения управляющих параметров при электронно-лучевом сплавлении проволоки

5.3 Определение оптимальных значений параметров послойного сплавления одиночных дорожек при электронно-лучевом сплавлении проволоки

5.3.1 Контроль структуры и свойств послойного сплавления одиночных дорожек из сплава ВТ6

5.4 Выбор стратегии выращивания объемных объектов из сплава ВТ6 методом электронно-лучевого сплавления проволоки

5.4.1 Контроль структуры и свойств объемных образцов из сплава ВТ6, полученных методом электронно-лучевого сплавления проволоки

5.4.2 Контроль структуры и свойств образцов нержавеющей стали АШ 304ЬБ1

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Развитие аддитивных технологий или технологий 3D-печати связано с потребностью современной промышленности в ускоренном выводе на рынок новой продукции, обладающей минимальной стоимостью за счёт снижения материалоёмкости или снижения отходов, высокой степени автоматизации и компьютеризации процессов создания изделий. В последнее время в связи с расширенным применением аддитивных технологий с использованием металлов, всё чаще ставится вопрос о создании высокоэффективного оборудования с более широкими возможностями использования различных методов 3D-печати, конструировании и контроле качества материала и изделия в целом. Научные исследования в этом направлении активно развиваются как в России, так и в США, Германии, КНР, Австрии, Швеции. Аддитивные технологии с применением металлических материалов наиболее активно стали использоваться в промышленности только в начале 2000-х годов. Отставание в распространении аддитивных технологий с применением металлов связано как со сложностью процессов получения изделий путём использования техники с высокоэнергетическими потоками энергии, так и высокими требованиями к качеству и надёжности производимых металлических изделий в таких отраслях промышленности как авиация, космонавтика, химическое производство и транспорт, а также в медицине. Исследование процессов формо-, фазо- и структурообразования в металлических сплавах и свойств изделий, полученных в условиях послойного сплавления при 3Э-печати с применением высокоэнергетических пучков, является определяющим для внедрения в производство. С одной стороны, для этого требуется обеспечение однородности и стабильности структуры и свойств получаемых изделий, а с другой - определение условий, при которых могут эффективно использоваться детали, полученные путем послойного выращивания и обладающие специфической и/или заданной структурой и составом.

В настоящее время наибольшее распространение в печати металлами получили метод прямого осаждения энергии (материала) и метод селективного сплавления. Эти методы могут отличаться типом применяемых фидстоков (порошок или поволока), источниками нагрева (лазер, электронный пучок, электрическая или плазменная дуга) и, конечно, условиями оплавления и формообразования. Всё это в значительной мере определяет специфику технологических процессов, структуру, свойства формируемых материалов и экономику производственных процессов. Таким образом, методы, основанные на плазменных и дуговых источниках нагрева, обладают высокой конкурентоспособностью при производстве крупногабаритных изделий, а методы, основанные на лазерных и электронно-лучевых технологиях, чаще всего используются для изготовления прецизионных и ответственных изделий из сплавов цветных металлов, никелевых и титановых сплавов и нержавеющих сталей. Электронно-лучевые технологии обладают важным преимуществом при работе с металлами и сплавами, склонными к окислению, т. к. процессы происходят в вакууме. Немаловажным является тот факт, что в Томске накоплен большой опыт по созданию электронно-лучевых установок для различных целей, в том числе для аддитивных технологий, что позволяет решать проблемы технологической безопасности и импортозамещения в высокотехнологичных отраслях промышленности.

Ключевой проблемой печати металлами с применением высококонцентрированных источников энергии является то, что выбор сплава, процессы, сопровождающие его взаимодействие с пучком энергии и процессы печати изделия, определяют многообразие формируемых структур и состава материала, свойств и дефектов, влияющих на работоспособность изделия. Отличительными факторами металлической 3D-печати являются мощность теплового источника, скорость сканирования пучка, количество осаждаемого материала, размер выращиваемого образца и некоторые другие. Согласно литературным данным, скорость сканирования и мощность пучков варьируется в широком диапазоне, в результате чего такие важные для структуро- и

фазообразования характеристики, как скорость нагрева и связанные с нею температурные градиенты, могут значительно различаться, а для скорости охлаждения расплава эти различия составляют порядка 105 К/с. Данные параметры определяют формирование структуры и свойств материала и поэтому являются объектом пристального изучения. В тоже время значения этих параметров являются нетипичными для традиционной обработки металлов и сплавов, поэтому применение методологий базовой металлургии не представляется возможным для выявления взаимосвязи структура - свойства -эксплуатационные характеристики изделия. Специалисты и исследователи в области 3Э-печати металлами и сплавами активно развивают новые парадигмы, в которых взаимосвязь структура - свойства - процессы - эксплуатационные характеристики строится с учётом её архитектуры и исполнения. Широко применяются цифровые инструменты, такие как математическое моделирование и машинное обучение, позволяющие не только теоретически оценить условия, в которых формируется материал, но и спрогнозировать свойства изделий, получаемые при 3Э-печати, а значит сократить время и затраты на создание технологии. Математическое моделирование позволяет рассчитать температурные поля, оценить процессы тепло- и массопереноса в зоне взаимодействия пучков энергии с металлом, скорости нагрева при оплавлении и скорости охлаждения при кристаллизации, которые практически невозможно измерить в ходе рассматриваемых процессов. Эти модели, привязанные к конкретным характеристикам пучков энергии, процессов сканирования и перемещения луча и свойствам исследуемого металла, позволяют феноменологически описать условия, в которых формируется структура и, возможно, дефекты при печати. Так как при создании моделей принимается ряд допущений в отношении игнорирования некоторых процессов, важно проводить проверку модели при сравнении предсказываемых и экспериментальных результатов. Следует добавить, что полезно использовать опыт создания подобных моделей, применяемых при изучении сварки плавлением и металлургических процессов. Актуальность проблемы определяется и тем, что

разработка таких моделей позволит расширить круг материалов, пригодных для 3Э-печати по технологиям селективного электронно-лучевого сплавления и селективного лазерного сплавления.

Структурные особенности материала и изделия, формируемого при печати, обусловлены отличиями исследуемого процесса от традиционной металлургии. В основе печати металлами лежат, с одной стороны, процессы локального взаимодействия высокоэнергетического пучка энергии с металлом или сплавом, а с другой - специфические процессы печати, заключающиеся в послойном наращивании материала и нагреве перемещающимся лучом в соответствии с заданной геометрией изделия. Это приводит к формированию локальных неоднородностей микроструктуры, особенной зёренной (столбчатой) структуры на мезо- и макроуровнях и специфической слоистой структуры, характерной для всего изделия. Следует отметить дефекты, образующиеся при печати металлами, которые свойственны как микро-, так и макроструктуре. К ним относятся дефектность и текстура кристаллического строения, поры и несплошности, обусловленные типом применяемых материалов и методом печати. Локальная структурная неоднородность, анизотропия, слоистость и дефектность влияют на свойства материала и изделия в целом. Комплексное изучение структуры и свойств материалов и изделий, формируемых при печати металлами и сплавами, является предметом самых разнообразных исследований с целью понимания, управления процессами структуро- и фазообразования и установления их взаимосвязи с получаемыми свойствами, а также обеспечения сертификационных требований к материалу, изделию и оборудованию. В последнее время, используя особенности такого рода печати металлами, всё большее значение приобретают работы по целенаправленному формированию специальных структур и состава сплавов как за счёт синтеза новых фаз непосредственно в процессе взаимодействия луча и компонентов исходных материалов, так и в результате применения различных механических и термических обработок. При этом удаётся не только получить повышенные значения прочности, но и сохранить или увеличить пластичность материала. Немаловажным является тот факт, что при

печати металлами можно формировать необходимые свойства в локальных участках изделия, что, в свою очередь, благоприятно сказывается на экономике производственного процесса.

Несмотря на то, что перечень металлических материалов, используемых в 3Э-печати, постоянно расширяется, титановые сплавы и нержавеющие стали остаются самыми массовыми, особенно для 3Э-печати с помощью электронного луча. Как уже отмечалось выше, это связано с их специфическими свойствами с одной стороны и огромным спросом изделий из них в высокотехнологичных отраслях и медицине с другой. Вместе с тем, остается много вопросов, касающихся структуры и свойств сплавов и изделий, получаемых при 3Э-печати.

Анализ литературных данных, глобального и отечественного рынков применения аддитивных технологий с использованием металлов и сплавов, особенно в таких отраслях, как авиация, космонавтика, химическая промышленность и медицина, свидетельствует о широких перспективах разработки электронно-лучевого оборудования и технологий 3Э-печати с использованием титановых сплавов и нержавеющих сталей. Обоснование эффективных подходов к проблемам разработки оборудования и технологий 3Э-печати на основе исследования структуры и свойств формируемых материалов и изделий представляет собой актуальную научную и практическую задачу.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России по темам следующих проектов: Российского научного фонда (проекты № 18-7910049, № 17-79-20100, № 17-19-01425 и № 15-19-00191); Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 16-58-00116) и Государственной программы «5-100» (Проект ВИУ-ТПУ-85).

Степень разработанности темы исследования

За последние 20 лет достигнуты значительные успехи в развитии технологий аддитивного производства. Так, разработаны недорогие и надежные промышленные источники теплового излучения, доступное вычислительное программное обеспечение, а также методы изготовления металлических фидстоков и филаментов (порошка, проволоки или прутка). Во многом это

связано с тем, что в ведущих исследовательских центрах аддитивных технологий, как с применением лазерных систем (СПбПУ, МГТУ, ООО «РусАТ»), так и электронно-лучевых установок (ПНИПУ, ИФПМ СО РАН, НИ ТПУ, ООО «ТЭТА») инициировано применение отечественных разработок в этой области. Следует особо отметить то, что большой опыт создания электронно-лучевого оборудования для сварки, наплавки и модифицированию поверхности (ТПУ, ТУСУР, ИФПМ СО РАН, ИСЭ СО РАН, ПНИПУ, АО «Красмаш» и др.) позволил активно развивать аддитивные технологии на основе электронно-лучевого оборудования. Вопросам развития металлических аддитивных технологий посвящены работы научных коллективов под руководством Григорьянца А.Г., Туричина Г.А., Колубаева Е.А., Трушникова Д.Н., Коновалова С.В. и др. В работах отечественных исследователей в первую очередь решались вопросы разработки различных методов выращивания изделий с применением лазерных, и в меньшей степени электронно-лучевых установок. В работах этих коллективов, наряду с изучением особенностей структуро- и фазообразования исследуемых металлов в зависимости от условий выращивания, решались вопросы контроля свойств получаемых материалов и изделий. Особо следует отметить создание и развитие метода электронно-лучевого послойного сплавления проволоки, отличающегося высокой производительностью. Естественно, что его применение является наиболее привлекательным для изготовления крупногабаритных изделий. Возможности применения этого метода для 3D-печати титановыми сплавами и нержавеющей сталью достаточно широко представлены в работах коллективов ПНИПУ, а также сотрудников ИФПМ СО РАН Панина А.В., Шаркеева Ю.П., Чумаевского А.В., Астафуровой Е.Г., Тарасова С.Ю. и др.

В настоящее время всё активнее развиваются направления аддитивного производства, ориентированные на повышение эффективности используемого оборудования как за счёт повышения его производительности, так и за счёт расширения его возможностей путём создания специализированных модульных, гибридных или комбинированных систем, направленных на решение проблем регулирования структуры материала и одновременной обработки печатаемого

изделия. Вместе с тем практически неизвестны работы, посвящённые разработке оборудования для реализации преимуществ селективного сплавления порошковых материалов или сплавления проволоки электронным лучом с использованием собственного программного обеспечения и автоматизированных систем, а также методов математического моделирования процессов и контроля структуры.

Цель работы заключается в разработке научно-обоснованных технических решений и создании автоматизированного оборудования модульного типа для выращивания объектов методом электронно-лучевого сплавления порошка и проволоки из титановых сплавов и нержавеющей стали. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи.

1. Разработка технических решений и установка модульного типа для аддитивного производства металлических изделий на основе электронно-лучевой пушки с плазменным катодом мощностью до 4 кВт, диаметром кроссовера луча 150-200 мкм и фокусным расстоянием 150-500 мм. В рамках единого конструктивного решения - обеспечение возможности выращивания объектов методом селективного и прямого сплавления как из порошковых, так и из проволочных материалов.

2. Экспериментальная оценка влияния технологических параметров 3Э-печати при селективном электронно-лучевом сплавлении порошков титановых сплавов на формирующуюся структуру и возможность достижения требуемых физико-механических характеристик объемных образцов.

3. Разработка математической модели процесса плавления/ кристаллизации порошка титанового сплава, устанавливающей взаимосвязь параметров электронно-лучевого воздействия и структуры и свойств получаемых объемных образцов.

4. Исследование функционирования установки модульного типа с целью определения взаимосвязи технологических параметров 3D-печати методом прямого сплавления проволоки с параметрами структуры и физико-механическими характеристиками объемных образцов титанового сплава и нержавеющей стали.

Научная новизна работы

1. Развиты научно обоснованные технические решения создания и управления работой системы модульного типа для аддитивного выращивания объектов, включающей электронно-лучевую пушку с плазменным катодом и реализующей следующие основные технические параметры: мощность пучка до 4 кВт, диаметр кроссовера луча 150-200 мкм, фокусное расстояние 150-500 мм.

2. Предложена математическая модель процесса плавления/ кристаллизации, устанавливающая влияние параметров электронно-лучевого воздействия на формирование структуры и свойств полученных объемных образцов из титанового порошка дисперсностью 10-100 мкм, что позволяет оптимизировать параметры аддитивного выращивания образцов из порошкового фидстока.

3. Предложен комплексный подход к аддитивному выращиванию объемных заготовок из титанового сплава ВТ6 и нержавеющей стали АШ 304LSi методом электронно-лучевого прямого сплавления проволоки диаметром от 0,8 до 1,2 мм, позволяющий при варьировании стратегии и параметров 3D-печати формировать макроструктуру с неравноосными зернами (средние размеры: диаметр 100 мкм и высота 1500 мкм) при минимальном содержании и размерах макродефектов.

Теоретическая и практическая значимость работы

Теоретическая значимость работы заключается в разработке методики аддитивного выращивания металлических объектов с помощью электроннолучевого воздействия на основе изучения особенностей селективного сплавления порошковых материалов и прямого сплавления проволоки. Получены новые знания о возможностях регулирования формо- и структурообразования титановых сплавов и нержавеющей стали, обеспечивающих требуемые свойства. Разработанный подход используется в НИ ТПУ для изучения фундаментальных вопросов формо- и структурообразования различных сплавов при электроннолучевом воздействии.

Практическая значимость работы заключается в создании модульной электронно-лучевой установки для выращивания объектов путем селективного сплавления порошка и наплавки проволоки, используемой при выполнении 7 научных проектов (в том числе в ИФПМ СО РАН). Разработан и реализован алгоритм выращивания изделий в условиях селективного сплавления исследуемых материалов, защищенный свидетельством о регистрации РИД. В целом, разработанные принципы выращивания объектов в условиях селективного сплавления порошков титановых сплавов и прямого сплавления проволоки из титана или нержавеющей стали позволили обеспечить необходимый уровень их свойств для практического применения. Результаты диссертационной работы внедрены в образовательной программе «Материаловедение и технологии материалов» отделения материаловедения НИ ТПУ.

Методология и методы исследования

Поставленные задачи решались на модульной установке для селективного сплавления металлического порошка и проволоки, разработанной на основе сварочного электронно-лучевого оборудования.

Методология разработки способов аддитивного выращивания построена на результатах экспериментального исследования процессов образования монослоев и изделий при регулировании теплового воздействия в зоне взаимодействия луча с порошковым или проволочным материалом и последующего формирования тепловых полей на основе выбора стратегий печати, определяемых с учётом прогнозных оценок, полученных в рамках математического моделирования и экспериментальных исследований микро- и макроструктуры изготавливаемых объектов.

Структурные исследования на различных масштабных уровнях, фрактография при сжатии и измерение механических характеристик исследуемых сплавов проводились на оборудовании НИ ТПУ. Оценка строения, несплошностей и пористости образцов, формируемых при печати, осуществлялась с помощью рентгеновского микротомографа «Орел-МТ» (ИШНКБ ТПУ). Микроструктурные исследования и фрактографический анализ проводились с применением оптических и растровых электронных микроскопов.

Металлографические исследования проводились в отделении материаловедения ИШНПТ ТПУ на оптическом микроскопе Axio Observer Alm и растровых электронных микроскопах Tescan MIRA 3 LMU и JSM-6000. Дифрактометр Shimadzu XRD-6000 (ЦКП НОИЦ НМНТ ТПУ, поддержан проектом Минобрнауки России № 075-15-2021-710) использовался для рентгеноструктурного анализа, а прецизионный ультразвуковой толщиномер Olimpus 30DL этого же Центра применялся для измерения характеристик упругости титановых сплавов, сформировавшихся при селективном сплавлении.

Механические испытания на сжатие проводили на испытательной машине INSTRON-3386. Микротвердость измерялась на автоматическом комплексе на базе твердомеров «Duramm-5» и «DuraScan-10» (Stuers А/S, Дания).

Положения, выносимые на защиту

1. Структурная схема и опытный образец электронно-лучевой установки модульного типа с автоматизированной системой управления, в которой контроль процесса 3D-печати порошком или проволокой реализуется по выбранной совокупности управляющих параметров.

2. Совокупность результатов исследований взаимосвязи параметров структуры, физико-механических свойств и режимов селективного электроннолучевого сплавления образцов из порошков титанового сплава ВТ6 дисперсностью 10-100 мкм, подтверждает, что при мощности электронного луча ~140 Вт и толщине сплавляемого слоя до 200 мкм формируется преимущественно однофазная структура с объемной долей а-фазы ~ 96 % и средним размером зерна 10 мкм, что позволяет достичь предела прочности 1080 МПа и предельной деформации до разрушения 15 %, соответствующих материалу в литом состоянии.

3. Физико-математическая модель процесса плавления/кристаллизации металлического порошка, связывающая циклическое термическое воздействие на порошок электронного луча, скорость кристаллизации и формирующуюся макроструктуру, позволяет определить оптимальные параметры выращивания образцов из титанового сплава ВТ6, а именно скорость перемещения в диапазоне 25-100 м/с и мощность электронного луча от 100 до 200 Вт.

4. Параметры аддитивного процесса, учитывающие стратегию выращивания объемных заготовок из титанового сплава ВТ6 и нержавеющей стали AISI 304LSi методом электронно-лучевого сплавления проволоки диаметром от 0,8 до 1,2 мм, при реализуемой толщине наплавляемого слоя ~ 700 мкм за один проход позволяют формировать неравноосные зерна со средним размером 100 и 1500 мкм в поперечном и продольном направлениях, а также минимизировать количество и размер дефектов 3D-печати.

Степень достоверности

Достоверность представленных результатов определяется использованием современных аналитических методов исследования структуры материалов и оценки их свойств, воспроизводимостью экспериментальных данных, статистической обработкой результатов измерений, соответствием результатов исследований данным, полученным другими специалистами.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка оборудования модульного типа и параметров аддитивного выращивания объектов электронно-лучевым сплавлением порошков и проволоки из титановых сплавов и из нержавеющей стали»

Апробация работы

Результаты работы представлены и обсуждены на следующих семинарах и конференциях: International Conference «Advanced Materials with Hierarchical Structure for New Technologies and Reliable Structures» (г. Томск, 2016); International Conference «Advanced Materials with Hierarchical Structure for New Technologies and Reliable Structures» (г. Москва, 2017); Всероссийский научный семинар «Междисциплинарные проблемы аддитивных технологий» (г. Юрга, 2019); International Conference «Advanced Materials with Hierarchical Structure for New Technologies and Reliable Structures-2019»; VI International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects; The 8th International Conference on Mechanics and Materials in Design (M2D 2019); международная конференция «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надежных конструкций» (г. Томск, 2019); International Conference on Physical and Numerical Simulation of Materials Processing (ICPNS'2019), ВШЭ, г. Москва; V Семинар «Междисциплинарные проблемы аддитивных технологий» (г. Томск, 2019); XII Всероссийская конференция по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат» «Современные аспекты в области исследований

структурно-фазовых превращений при создании материалов нового поколения», ВИАМ (г. Москва, 2020); международная конференция «Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии», посвященная 90-летию со дня рождения академика Виктора Евгеньевича Панина, основателя и первого директора ИФПМ СО РАН (г. Томск, 2020); XIV Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы машиностроения» (г. Томск, 2021); XIII Всероссийская научно-практическая конференция для студентов и учащейся молодежи (г. Юрга, 2022); XII Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в машиностроении» (г. Юрга, 2022); XXIII Международная научно-практическая конференция «Металлургия: технологии, инновации, качество» «Металлургия - 2022» (г. Новокузнецк, 2022); Международная научно-техническая молодежная конференция «Перспективные материалы конструкционного и функционального назначения» (г. Томск, 2023).

Личный вклад автора

Результаты, представленные в диссертационной работе, получены лично автором или в соавторстве с другими сотрудниками при его непосредственном участии. Диссертантом поставлена цель работы, сформулированы задачи, основные положения и выводы. В соавторстве с Черепановым Р.О. проведены исследования по численному моделированию процессов, протекающих при взаимодействии электронного луча с титаном и титановыми сплавами; с Ковалевской Ж.Г. -по структуре и свойствам; с Батраниным А.В. - по строению выращенных образцов и оценке пористости материала с помощью компьютерной рентгеновской томографии; с Клопотовым А.А. - испытание образцов на сжатие и растяжение; со Стрелковой И.Л. - металлографические исследования и измерения твёрдости.

Вклад В.В. Фёдорова заключался в разработке оборудования, автоматизации процессов, разработке и выборе стратегий печати, проведении структурных исследований, оценке комплекса свойств материалов, обсуждении полученных данных, формулировании выводов и заключений, подготовке публикаций.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 22 печатные работы, из них 4 статьи в журналах из перечня ВАК, 13 статей в зарубежных изданиях, цитируемых в Scopus и Web of Science, получен патент на программный продукт. Соответствие паспорту научной специальности

Диссертационное исследование по своим целям, задачам, методам исследования, содержанию и научной новизне соответствует следующим пунктам паспорта научной специальности 2.5.5. «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки» (технические науки):

п. 2. Теоретические основы, моделирование и методы экспериментального исследования процессов механической и физико-технической обработки, включая процессы комбинированной обработки с наложением различных физических, химических и комбинированных воздействий.

п. 3. Исследование механических и физико-технических процессов в целях определения параметров оборудования, агрегатов, механизмов и других комплектующих, обеспечивающих выполнение заданных технологических операций и повышение производительности, качества, экологичности и экономичности обработки.

п. 4. Создание, включая проектирование, расчеты и оптимизацию, параметров рабочего инструмента и других компонентов оборудования, обеспечивающих технически и экономически эффективные процессы обработки.

п. 5. Создание оборудования и инструментов для новых технологических процессов механической и физико-технической обработки.

п. 7. Новые технологические процессы механической и физико-технической обработки и создание оборудования и инструментов для их реализации. Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, выводов, списка литературы из 153 наименований и трёх приложений. Общий объём диссертации составляет 174 страниц, включая 106 рисунков и 24 таблицы.

1. Аддитивные технологии и оборудование на основе электронно-лучевого воздействия в производстве металлических изделий (литературный обзор)

С позиций современного уровня развития и применения аддитивных технологий повышенный интерес к ним обусловлен тем, что они позволяют осуществлять 3Э-печать уникальных металлических изделий, таких как индивидуальные имплантаты, высокопрочные монокристаллические детали, используемые для работы в экстремальных условиях и различные изделия, в которых определённые структура и свойства сформированы на рабочих поверхностях или на ответственных участках конструкции [1-7]. Однако выбор сплавов, процессы при печати и многообразие путей их реализации определяют исключительное разнообразие микроструктур, дефектов и свойств, влияющих на работоспособность напечатанных изделий [5-9]. Управление этими составляющими на основе накопленных знаний в металлургии является большой проблемой из-за сложности процесса печати. Трансформация трехмерной цифровой конструкции в высококачественный реальный продукт требует создания новых методологий, не используемых в традиционном производстве. Быстро развивающиеся мощные цифровые инструменты, такие как математическое моделирование и машинное обучение в комбинации с базовыми знаниями металлургии имеют большой потенциал изменить 3Э-печать металлами в будущем [5]. В рамках конструирования и планирования, мониторинга и контроля процессов использование этих инструментов позволяет улучшить микроструктуру и свойства, снизить дефектность, способствует автоматизации процессов и контроля качества, упрощает сертификацию оборудования, технологии и изделия в целом.

В данном разделе освещены основные вопросы, касающиеся возможностей и особенностей различных методов и оборудования для сплавления металлических материалов, реализуемых в аддитивных технологиях с целью получения ответственных изделий из титановых сплавов и нержавеющей стали. Определяется важность аддитивных технологий с применением электронного луча. Анализируются особенности структуры и свойств изделий из титановых сплавов

и нержавеющей стали, получаемых в условиях послойного сплавления с помощью электронного луча. Рассмотрены и смоделированы основные процессы, определяющие структуру и свойства изучаемых сплавов в условиях сплавления лазерным или электронным лучом.

1.1. Обзор методов аддитивного формообразования металлических изделий 1.1.1. Развитие аддитивных технологий для ЭБ-печати металлами

Аддитивные технологии или ЭЭ-печать металлами являются наиболее быстрорастущим сектором аддитивного производства благодаря производству изделий, которые не могут быть созданы другими методами и при этом обладают более низкими материалоёмкостью и трудозатратами [1-8]. Принципиально важным в печати металлов является то, что объемная конструкция детали в цифровом исполнении сочетается с программным обеспечением печатающего устройства. Изготовление деталей осуществляется послойным наплавлением с использованием как различных источников тепла, так и исходных материалов. Такие изделия востребованы в аэрокосмической промышленности, здравоохранении, энергетике и транспорте. Их примерами могут служить индивидуальные имплантаты, турбинные лопатки и специальные охладители с внутренними каналами, крепёжные элементы, сетчатые структуры и фермы с оптимальным соотношением веса и прочности для космической техники (рисунок 1.1). Наконец, аддитивное производство делает возможным производство деталей со специфическим составом и свойствами.

а б в г

Рисунок 1.1 - Типичные изделия, получаемые методами аддитивных технологий: а - фитинг; б - машиностроительные изделия; в - ортопедический имплантат; г - эндопротез

тазобедренного сустава

а

б

Рисунок 1.2 - Диаграммы продаж и размещения оборудования для аддитивного производства: а - продано (шт.) с 2000 по 2021 г. (отчет Wohlers); б - топ-20 мировых рынков. Источник: разработка 3dpbm данных SmarTech Analysis (данные за 2019 г. в млн. долл. США) [10] Несмотря на то, что аддитивные технологии начали широко развиваться в 80-х годах 20 века, об их массовом использовании в производстве металлических изделий стало возможным говорить с начала 2000-х годов. Отставание в широком распространении аддитивных технологий с применением металлов было связано со сложностью процессов получения изделий с применением высокоэнергетических потоков частиц и с высокими требованиями к качеству и надёжности производимых металлических изделий в таких отраслях промышленности, как авиация, космонавтика, химическое производство, транспорт, медицина. На рисунке 1.2 представлена диаграмма продаж промышленного оборудования для изделий из металла с 2000 по 2022 год, а на рисунке 1.2 диаграмма демонстрирует размещение машин в различных странах мира [10].

Согласно диаграммам, наиболее интенсивное освоение аддитивных технологий в производстве металлических изделий началось во второй декаде текущего столетия, а количественное размещение машин для таких производств показывает, что их освоение ведётся, как правило, в высокотехнологичных и высокоразвитых странах. На долю Российской Федерации приходится незначительно количество.

Быстрое превращение аддитивных технологий из технологии развития в технологию производства [11] привело к тому, что США первыми осознали необходимость классификации и сертификации в данной области, и сегодня весь мир ссылается на классификацию ASTM International (American Society for Testing and Materials) и стандарт ASTM F2792-12a. Согласно последнему, в 2015 г. аддитивные технологии разделены на 7 категорий [http: //web .mit.edu/2.810/www/files/readings/AdditiveManufacturingTerminology.pdf].

В Российской Федерации классификация и сертификация в данной области регламентируется ГОСТ Р 57558-2017/ISO/ASTM 52900:2015 Аддитивные технологические процессы. Согласно этому документу, аддитивные технологии разделены на 7 типов. Коротко рассмотрим основные принципы, на которых основываются методы, относящиеся к аддитивным технологиям изготовления металлических изделий.

Струйное нанесение связующего (binder jetting) - процесс аддитивного производства, в котором клейкое связующее выборочно наносится на слой порошкового материала [12]. В зависимости от порошкового материала, возможно создание как литейных моделей и песчаных синтез-форм для литья из гипса или кварцевого песка, так и непосредственно металлических изделий из нержавеющих сталей и титановых сплавов.

Послойное ламинирование (sheet lamination) - процесс послойного склеивания материала с применением лазера [13], ультразвукового аддитивного производства [14] и спекания в разрядах плазмы [15]. Используются листы заданной толщины и химического состава для формирования контура изделия

с помощью лазера или ультразвуковой головки с последующим удалением «лишнего» материала и термообработкой.

Селективное сплавление (selective melting) - процесс селективного сплавления или спекания металлического порошка узкосфокусированным лазерным или электронным пучком. В обоих случаях информация о формировании слоев генерируется в виде набора числовых команд с использованием САПР. Однако другой принцип физического действия электронного пучка требует адаптации последовательности процесса. В отличие от процессов, использующих лазерный луч, процессы с применением электронного луча осуществляются, как правило, в вакууме при давлении порядка 10-2-10-3 Па, что накладывает ряд технологических ограничений:

- порошок для построения должен быть из токопроводящих материалов;

- затруднено использование металлического порошка с содержанием легкоиспаряющихся легирующих элементов (цинк, магний, литий) ввиду опасности повышенного парообразования и ионизации с последующим развитием электрического пробоя.

Помимо нанесения порошка и его последующего сплавления, процесс включает дополнительную технологическую стадию, когда нанесенный порошок нагревается до температуры 600-900 °С перед сплавлением с помощью расфокусированного электронного пучка. Это гарантирует нагрев сырья и образование перешейка между отдельными частицами металлического порошка, что предотвращает выдувание порошка благодаря взаимодействию электростатического поверхностного заряда металлического порошка с электронным лучом.

Прямой подвод энергии непосредственно в место построения (directed energy deposition) - процесс послойного формирование изделия путем внесения строительного материала непосредственно в место подвода энергии. Это способ получил наибольшее распространение в аддитивных технологиях изготовления металлических изделий. В качестве источников высокоэнергетических пучков чаще всего применяются лазеры и электроннолучевые пушки [1-4, 7, 8, 16-21],

а в отдельных случаях - дуговые разряды и газоразрядная плазма [8, 22, 23]. Методы расплавлении материала в заранее сформированном слое (powder bed fusion) и прямого подвода энергии и материала могут различаться типом фидстока (порошок или проволока) [8].

В сочетании с компьютерами, перемещение источников энергии или подложки с формируемым изделием, а также подача материала для построения изделия управляются в соответствии с цифровым описанием детали. В результате осуществляется формирование трехмерного объекта при послойном оплавлении металла. Наиболее распространённым методом металлической печати является селективное сплавление в порошковом слое сфокусированным лазерным или электронным лучом.

Особенностью процесса является оплавление остросфокусированным лучом от источника нагрева в очень тонких слоях материала. Зоны сплавления контактируют с зонами не оплавленного порошка, который для повторного применения требует особой обработки. Разработанный процесс получил название селективного спекания/сплавления лазерным или электронным лучом, причём наибольшее применение в отечественном производстве находят аддитивные технологии с использованием лазерных источников, что подтверждается ГОСТ Р 59036-2020 Аддитивные технологии. Производство на основе селективного лазерного сплавления металлических порошков. Для обеспечения благоприятного металлургического механизма спекания или сплавления порошка необходимо тщательно определить характеристики порошка и режимы электронно-лучевой обработки.

В случае печати методом прямого подвода энергии непосредственно в место построения принципиально важной является возможность использования исходного материала не только в виде порошка, но и проволоки или стержней. Основные параметры процессов печати, режимы обработки металла, а также температурные условия, в которых происходит формирование материала после оплавления, приведены в таблице 1.1 [7].

Из таблицы видно, что скорость сканирования, мощность источников, производительность процессов по материалу, размеры построения деталей и качество их поверхности варьируются в широком диапазоне. Это приводит к экстремально большим (на 5 порядков) изменениям возможных скоростей охлаждения и кристаллизации, а также образованию специфических температурных градиентов, недостижимых в случае обычных конвективных процессов [24]. Скорость охлаждения и тепловложение, обусловленные мощностью используемых источников, скоростями и геометрией перемещения лучей, влияют на формирующуюся микроструктуру и фазовые составляющие сплавов.

Таблица 1.1 - Параметры основных процессов печати металлами

Спекание Наплавка Наплавка

Параметры или процессы металлического металлического металлической

порошка порошка проволоки

лазерным и

электронным

лучом

Мощность источника (Вт) 50-4000 400-10000 1000-15000

Скорость сканирования (мм/с) 10-1000 6-60 5-50

Скорость осаждения (см3/ч) 25-180 20-450 100 до >1000

Размер печати, (мм х мм х мм) Максимум 800x400x500 Максимум 2000x1500x100 0 Максимум 5000x3000x1000

Диаметр исходного сырья, (мкм) 15-60 (лазер), 45-105 (электронный лУч) 15-105 900-3000

Погрешность линейных размеров, (мм) 0,04-0,20 0,20 1-5

Шероховатость поверхности (среднеквадратичное отклонение поверхности от среднего значения) (мкм) 7-30 (лазер), 20-50 (электронный луч) 1-60 45-200+; поверхность требует механической обработки

Постобработка Термообработк а, горячее Термообработк Термообработка, отжиг для

изостатическое а, механическая снятия

прессование, обработка, напряжений,

механическая шлифовка механическая

обработка обработка

Скорость охлаждения при затвердевании (К/с) 105-107 102-104 101-102

Градиент температуры (К/м) 106-107 105-106 103-104

Скорость движения 10-1-10 10-2-10-1 10-2-10-1

фронта кристаллизации (м/с)

Поэтому для обеспечения высокого качества и надёжности изделия данные параметры требуют более тщательного контроля, чем в случае обычных процессов.

В отличие от методов селективного сплавления, данные методы не имеют ограничений для построения изделия в пространстве или электронно-лучевого процесса создания предметов произвольной формы (electron-beam freeform fabrication (EBF3) [31]), что открывает большие возможности для обеспечения высокопроизводительных процессов печати металлами и сплавами, особенно в случае использования дуговых и плазменных источников, а в какой-то степени и электронно-лучевых [22, 30].

Особо следует остановиться на рассмотрении методов 3Э-печати металлами с использованием электронно-лучевых установок. Несмотря на то, что применение таких установок требует наличия вакуума, что создаёт определённые сложности в разработке оборудования и технологических процессов, такие методы 3D-печати заняли определённую нишу среди вышерассмотренных. Их безусловное преимущество - печать металлами, обладающими высокой склонностью к окислению, в первую очередь, это титановые сплавы и нержавеющие стали. Кроме того, осуществление металлургического процесса в вакууме способствует формированию сплавов и соединений высокой чистоты, а специфические характеристики электронного луча и особенности его

управления, как показано в сварке [21, 32], открывают широкие возможности сплавления различных металлов и сплавов.

1.1.2. Методы и оборудование для электронно-лучевого сплавления

металлических материалов

Развитие электронно-лучевой проволочной аддитивной технологии базируется, в основном, на многолетнем опыте промышленного применения технологий и оборудования для электронно-лучевой сварки и наплавки [20-22, 25, 32]. При освоении технологий электронно-лучевой сварки титановых, алюминиевых и специальных сплавов созданы научные основы, накоплен большой опыт по ведению процессов в условиях вакуума, управления характеристиками электронного луча и, что очень важно, соединения трудно свариваемых материалов [20, 32].

Методы электронно-лучевого сплавления проволоки нашли применение в порошковой металлургии и освоении различных порошковых материалов в условиях ремонтных производств ответственных и высоконагруженных деталей [25].

Принципиальная аппаратно-структурная схема процессов получения объемных металлических изделий послойным аддитивным наращиванием на основе сварочных технологий представлена на рисунке 1.3.

При разработке технологий сплавления проволоки изучались металлургические и термические условия формирования материала в слоях и во всём сплавленном слое. Физические основы взаимодействия высококонцентрированных потоков энергии с материалами создавались в ведущих научных центрах: Институте электросварки им. Е.О. Патона, Институте металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова, НПО «Порошковая металлургия» в Минске, Московском государственном техническом университете им. Н. Э. Баумана, ИФПМ СО РАН, ИСЭ СО РАН и др. Создание электронно -лучевых пушек и установок для электронно-лучевой обработки осуществлялось в ТПИ (ТПУ), ТИРЭТ (ТУСУР), ФТИ Бел АН, НИИЯФ СО РАН, ИСЭ СО РАН. Особо следует отметить электронно-лучевые пушки с плазменным катодом [33], которые обеспечили повышенный ресурс и надёжность работы электроннолучевых установок. Таким образом, собственный опыт по созданию электронно-

лучевых установок и их широкое применение в области обработки материалов позволили Томским вузам и НИИ СО РАН включиться в создание собственного оборудования и технологий для аддитивного производства.

В таблице 1.2 представлены результаты анализа существующего рынка производителей оборудования для аддитивных производств на основе электронно-лучевого сплавления металлов и сплавов. На 2022 год имеется всего 6 серийных производителей оборудования для электронно-лучевой плавки (electron beam melting, EBM).

Рисунок 1.3 - Принципиальная аппаратно-структурная схема процессов получения объемных металлических изделий послойным аддитивным наращиванием на основе сварочных

технологий

Таблица 1.2 - Сравнительный анализ оборудования для электронно-

лучевой плавки

Название Модели 3D Размеры Мощность Макс. рабочая

производителя принтеров построения, мм луча, кВт температура, °С

GE Additive Arcam S12 200x200x180 3.5 650

A1 200x200x180 3 700

A2 200x200x350 —

A2X 200x200x380 1100

A2XX 0420x380 —

Q10 Plus 200x200x200 850

Q20 Plus 0350x380 850

Spectra H 0250x430 6 1000

Spectra L 0350x430 4,5 —

Tianjin SciTsinghua QickBeam Tech. Co., Ltd. Y150 150x150x180 3 1350

S200 200x200x240 3 1300

Med200 200x200x240 3 1100

Aero350 350x350x400 3 1100

QBEAM 200x200x240 3 1100

Lab200

Freemelt Holding AB ONE 0 100x100 6 —

Tada Electric Co., Ltd. EZ300 250x250x300 6 —

Wayland Additive Calibur 3 NeuBeam 300x300x450 3 1000

Из представленной таблицы видно, что энергетические параметры электронно-лучевых комплексов для электронно-лучевого селективного сплавления порошков, используются преимущественно в диапазоне 3-4 кВт. На мировом рынке доминируют линейки оборудования компаний GE Additive Arcam и Tianjin SciTsinghua QickBeam Tech. Co., Ltd. Пример внешнего вида установок Arcam Q10 и QBEAM Lab200 представлен на рисунке 1.4.

Все основные технические решения, особенно касающиеся схем подачи порошка и организации процесса селективного сплавления, защищены патентом US7540738B2 фирмы «Arcam» [36].

В настоящее время в аддитивном производстве всё активнее развиваются направления, ориентированные на повышение эффективности используемого

оборудования за счёт расширения его возможностей путём создания специализированных модульных систем (рисунок 1.5).

a б

Рисунок 1.4 - Внешний вид установок Arcam Q10 (а) и QBEAMLab200 (б).

(Источник: www.ge.com/addШve/addШve-mamfacturing/macЫms/ebm-macЫms/arcam-ebm-

q10plus и https://en.tsinghua-tj.org/intro/10.html)

В рамках единого конструктивного решения подобная схема позволяет работать без тщательной чистки рабочего пространства после смены группы используемых материалов, а также проводить легкое обслуживание, ремонт и модернизацию области построения изделия.

а б

Рисунок 1.5 - Модульная установка Emelt (ЭЛС 2023 г.) для электронно-лучевого сплавления порошка (Источник: https://freemelt.com/emelt/) (а) и гибридная аддитивная установка АТ-300 (ПНИПУ) (б) (Источник: https://pstu.ru/news/2019/05/29/9516/?special=1)

С развитием различных методов прямого осаждения материала и его плавления высокоэнергетическим потоком частиц, а именно электронно-лучевой

процесс создания предметов произвольной формы (БББЗ), наибольший интерес представляют процессы электронно-лучевого сплавления проволоки [37, 38], реализуемые по схеме, представленной на рисунке 1.6 [38].

Рисунок 1.6 - Схематическое представление процесса электронно-лучевого сплавления проволоки (Источник: https://additiv-tech.ru/publications/additivnoe-formoobrazovanie-izdeliy-iz-

metallov-i-splavov-puchkom-elektronov-pryamaya)

Электронно-лучевое сплавление проволоки реализуется в вакууме (10-2-10-3Па) сфокусированным электронным лучом и характеризуется высокоэффективным использованием материала и вкладываемой энергии. Данный метод открыл широкие возможности для развития электронно-лучевых аддитивных технологий [37-41]. С момента запуска первого электронно-лучевого 3D принтера американской компанией Sciaky, Inc., работающего по принципу размерного сплавления проволоки [42], практически каждая компания, обладающая компетенциями в данной области, заявляет о создании аналогичной электронно-лучевой 3D системы. Метод электронно-лучевого сплавления проволоки открыл широкие возможности как для конструирования основных узлов установок [42], так и самих установок [38, 41]. На рисунке 1.7 представлено конструктивное решение электронно-лучевой пушки и устройства подачи проволоки, описанное в патенте US 2017/0304896 A1 [43] и общий вид самой установки [44].

а б

Рисунок 1.7 - Электронно-лучевая пушка: a - схема пушки с плазменным катодом

и аксиальной системой подачи проволоки, б - общий вид [43, 44] Создание таких устройств основано на использовании как больших сварочных комплексов мощностью до 40 кВт, работающих при ускоряющем напряжении порядка 60 кВ и выше, так и малогабаритных устройств с малой мощностью пушки [36, 40].

а б

Рисунок 1.8 - Общий вид электронно-лучевых установок: а - в Исследовательском центре Лэнгли [38], б - в ИФПМ СО РАН [41] (Источник: https://additiv-tech.ru/publications/additivnoe-/Ormoobrazovanie-izdel/y-iz-metallov-i-splavov-puchkom-elektronov-

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Федоров Василий Викторович, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Murr, L. E. Metallurgy of additive manufacturing: Examples from electron beam melting / L.E. Murr // Additive Manufacturing. - 2015. - Vol. 5. - P. 40-53.

2. Gorsse, S. Additive manufacturing of metals: a brief review of the characteristic microstructures and properties of steels, Ti-6Al-4V and high-entropy alloys / S. Gorsse, C. Hutchinson, M. Goune, R. Banerjee // Science and Technology of Advanced Materials. - 2017. - Vol. 18, № 1. - P. 584-610.

3. Milevski, J. O. Additive manufacturing of metals: From fundamental Technology to rocket Nozzles, medical implants and custom jewelry. - 2017. -Vol. 258 (Springer).

4. Zhang, Y. Additive manufacturing of metallic materials: a review / Y. Zhang, L. Wu, X. Guo, S. Kane, Y. Deng, Y.-G. Jung, J.-H. Lee, J. Zhang // Journal of Materials Engineering and Performance. - 2018. - Vol. 27, № 1. - P. 1-13.

5. Paolini, A. Additive manufacturing in construction: A review on processes, applications, and digital planning methods / A. Paolini, S. Kollmannsberger, E. Rank // Additive manufacturing. - 2019. - Vol. 30. - ID 100894.

6. DebRoy, T. et al. Scientific, technological and economic issues in metal printing and they solutions // Nature Materials. - 2019. - Vol. 18. - P. 1026-1032.

7. DebRoy, T. Metallurgy, mechanistic models and machine learning in metal printing / I. DebRoy, I. Mukherjee, H. L. Wei, J. W. Elmer and J. O. Milewski // Nature reviews. - 2020.

8. DebRoy, T. et al. Additive manufacturing of metallic components -process, structure and properties //Prog. Mater. Sci. - 2018. - Vol. 92. - P. 112-224.

9. Lewandowski, J.J. A Review of Mechanical Properties / J. J. Lewandowski and M. Seifi // Annu. Rev. Mater. Res. - 2016. - Vol. 46. - P. 151-186.

10. Топ-20 мировых рынков AM. URL: https://www.3dprintingmedia.network/the-top-20-global-am-markets

11. Отчет Wohlers - URL: https://wohlersassociates.com/product/wohlers-report-2022/

12. Mohsen Ziaee. Binder jetting: A review of process, materials, and methods / Mohsen Ziaee, Nathan B. Crane // Additive Manufacturing, Volume 28, 2019, Pages 781-801.

13. Hagedorn Y. Laser additive manufacturing of ceramic components: Materials, processes, and mechanisms. //Woodhead Publishing Series in Electronic and Optical Materials, Laser Additive Manufacturing, Woodhead Publishing, 2017, Pages 163-180.

14. Hehr, A. Dynamics of ultrasonic additive manufacturing /A. Hehr, M. J. Dapino // Ultrasonics. - 2017. - Vol. 73. P. 49-66.

15. Rathel, J. Temperature distribution for electrically conductive and non-conductive materialsduring field assisted sintering / J. Rathel, M. Herrmann, W. Beckert // J. Europ. Ceram. Soc. - 2009. - Vol 29. - P. 1419

16. Edwards, P. Electron beam additive manufacturing of titanium components: properties and performance / P. Edwards, A. O'conner, M. Ramulu // Journal of Manufacturing Science and Engineering. - 2013. - Vol. 135, № 6. -ID 061016

17. Azarniya, A. Additive manufacturing of Ti-6Al-4V parts through laser metal deposition (LMD): Process, microstructure, and mechanical properties / A. Azarniya, X.G. Colera, M.J. Mirzaali, S. Sovizi, F. Bartolomeu, M.S. Weglowski, W.W. Wits, C.Y. Yap, J. Ahn, G. Miranda, F.S. Silva, H.R.M. Hosseini, S. Ramakrishna, A.A. Zadpoor // Journal of Alloys and Compounds. - 2019. -Vol 804. - P. 163-191.

18. Tavlovich, B. EBW and LBW of additive manufactured Ti6Al4V products / B. Tavlovich, A. Shirizly, R. Katz // Weld. J. - 2018. - Vol. 97, №. 6. - P. 179-190.

19. Chekir, N. Laser wire deposition of a large Ti-6Al-4V space component / N. Chekir, J.J. Sixsmith, R. Tollett, M. Brochu // Welding Journal. - 2019. - Vol. 28, № 6. - P. 172-180.

20. Григорьянц А.Г. Лазерная сварка металлов. - М. М.: «Высшая школа». - 1988. - 207 с.

21. Welgovski, M. St. Electron beam welding - Techniques and trends -Review/ M.St. Welgovski, S. Blacha, A. Phillips // Vacuum. - 2016. -Vol. 130. - P. 72-92.

22. Peleshenko, S. Analisis op the current state of additive welding technologies for manufacturing volume metallic products (Review) / S. Peleshenko, V. Korzhyk, O. Voitenko, V. Khaskin, V. Tkachuk // Eastern - European Journal of Enterprise Nechnologies. 2017. - Vol.3/1 № 87. - P. 42-52.

23. Wang, J. Introduction of ternary alloying element in wire arc additive manufacturing of titanium aluminide intermetallic / J. Wang, Z. Pan, L. Wei, S. He,

D. Cuiuri, H. Li // Additive Manufacturing. -2019. - Vol. 27. - P. 236-245.

24. Mukherjee, T. A digital twin for rapid qualificationof 3D printed metallic components / T. Mukherjee, T. DebRoy //Appl.Mater. Today. - 2019. - Vol.14. -P. 59-65.

25. Панин В.Е., Белюк С.И., Клименов В.А. и др. Патент на изобретение РФ № 2205094, дата регистрации 27.05.2003г., приоритет от 30.03.2000.

26. Панин В.Е., Панин А.В., Перевалова О.Б., Шугуров А.Р. Физическая мезомеханика. - 2018. - Т.21, № 5. - C. 5-15.

27. Panin A., Kazachenok M., Martynov S., Builuk A. AIP Conference Proceedings. 2018. 2051. 020225.

28. Савченко, Н. Л. Особенности структурно-фазового состояния сплава Ti-6Al-4V при формировании изделий с использованием электронно-лучевой проволочной аддитивной технологии / Н.Л. Савченко, А.В. Воронцов, В.Р. Утяганова, А.А. Елисеев, В.Е. Рубцов, Е.А. Колубаев // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2018. - Т. 20. - № 4. - С. 60-71.

29. Effect of heat input on phase content, crystalline lattice parameter, and residual strain in wire-feed electron beam additive manufactured 304 stainless steel / S.Yu. Tarasov, A.V. Filippov, N.L. Savchenko, S.V. Fortuna V.E. Rubtsov,

E.A. Kolubaev, S.G. Psakhie // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2018. - Vol. 99. - P. 2353-2363. - DOI: 10.1007/s00170-018-2643-0.

30. Microstructural evolution and chemical corrosion of electron beam wire-feed additively manufactured AISI 304 stainless steel / S.Yu. Tarasov,

A.V. Filippov,N.N. Shamarin, S.V. Fortuna, G.G. Maier, E.A. Kolubaev // Journal of Alloys and Compounds. - 2019. - Vol. 803. - P. 364-370. - DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.06.246.

31. Taminger, K.M. Electron beam freeform Fabrication for cost effective near-net shape manufacturing / NATO UNCLASSIFIED. -2007. - AVT-139. - № 16. -P.1-10.

32. Рыкалин, Н.Н. Основы электронно-лучевой обработки материалов / Рыкалин Н.Н., Зуев И.В., Углов А.А. - М.: Машиностроение, 1978. - 246 стр.

33. Kornilov S.Y. Electron-beam equipment based on a plasma-cathode gun for science researches / S.Y. Kornilov, I.V. Osipov, N.G. Rempe // Elektrotehcnica & Elektronica. - 2009. - Vol. 44, № 5-6. - P. 201-203.

34. Arcam, "Arcam EBM Q10 Plus: Meet the additive machine developed for orthopedic implants." Mölndal Sweden, Arcam GE Additive (accessed Dec. 02, 2021).

35. Tianjin Qingyan ZhiShu, "QBeam Lab 200." Tianjin China, Tianjin Qingyan ZhiShu Technology Co., Ltd. (Chinese, accessed Dec. 02, 2021)

36. M. Larsson and A. Snis, "Method and device for producing three-dimensional objects, " Patent EP2049289B1, Arcam AB, 2014.

37. Dave, V.R. Electron Beam Solid Freeform Fabrication of Metal Parts /V.R.Dave, J.E. Matz, T.W. Eagar // Proceedings of 6th SFF Symposium. - 1995. -P. 64-71.

38. Taminger, K.M. Electron beam freeform fabrication for cost effective near-net shape manufacturing // NATO Unclassified. -2007. - AVT-139. - № 16. - P. 1-10.

39. Ding, D. Wire-feed additive manufacturing of metal components: technologies, developments and future interests / D. Ding, Z. Pan, D. Cuiuri, H. Li // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2015. - Vol. 81, №. 1. - P. 465-481.

40. Fuchs, J. Wire-based additive manufacturing using an electron beam as heat source. / J. Fuchs, C. Schneider, N. Enzinger // Welding in the World. - 2018. -Vol. 62, № 2. - P. 267-275.

41. Kalashnikov K.N. The effect of wire-feed geometry on electron-beam freeform 3D-printing of complex-shaped samples from Ti-6Al-4V alloy/ Kalashnikov K.N., Rubtsov V.E., Savchenko N.L., Kalashnikova T.A., Osipovich K.S., Eliseev A.A., Chumaevskii A.V. //International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2019. - P. 1-10.

42. Russell R. NASAs Plans for Development of a Standard for Additively Manufactured Components // J. Mater. Eng. Perform., 2019, 28, p 1924-1928.

43. Patent of Ukraine No.112682 "Method and apparatus for manufacturing of three-dimensional objects".

44. Kovalchuk, D. Prospects of Application of Gas-Discharge Electron Beam Guns in Additive Manufacturing. / Kovalchuk, Dm., V. Melnyk, I. Melnyk, B. Tugai // Electrotechnic and Electronic (E+E). № 5-6, 2016. pp. 36-42.

45. Simar, A. Highlights of the special issue on metal additive manufacturing / A. Simar, S. Godet, T.R. Watkins // Materials Characterization. - 2018. - Vol. 143. -P. 1-4.

46. Koutny D. Processing of Al-Sc aluminum alloy using SLM technology/ Daniel Koutny, Daniel Skulina, Libor Pantelejev, David Palousek, Blanka Lenczowski, Frank Palm, Andreas Nick // Procedia CIRP, Volume 74, 2018, Pages 44-48.

47. Liu, S. Additive manufacturing of Ti6Al4V alloy: A review / S. Liu, Y.C. Shin // Materials & Design. - 2019. - Vol. 164. - ID 107552.

48. Shi, X. Selective laser melting-wire arc additive manufacturing hybrid fabrication of Ti-6Al-4V alloy: Microstructure and mechanical properties / X. Shi, S. Ma, C. Liu, Q. Wu, J. Lu, Y. Liu, W. Shi // Materials Science and Engineering: A. -2017. - Vol. 684. - P. 196-204.

49. Elmer, J. W. Wire-based additive manufacturing of stainless steel components / J.W. Elmer, J. Vaja, J.S. Carpenter, D.R. Coughlin, M.J. Dvornak, P. Hochanadel, P. Gurung, A. Johnson, G. Gibbs // The Welding Journal. - 2020. -Vol. 99, №. LLNL-JRNL-771645.

50. Shi, X. Selective laser melting-wire arc additive manufacturing hybrid fabrication of Ti-6Al-4V alloy: Microstructure and mechanical properties / X. Shi,

S. Ma, C. Liu, Q. Wu, J. Lu, Y. Liu, W. Shi // Materials Science and Engineering: A. - 2017. - Vol. 684. - P. 196-204.

51. Colopi Ja M. Selective laser melting of pure Cu with a 1 kW single mode fiber laser/ Ja M. Colopi, L. Caprio, A.G. Demir, B. Previtali, // Procedia CIRP, Volume 74, 2018, Pages 59-63.

52. Shishkovsky, I.V. Comparison of additive technologies for gradient aerospace part fabrication from nickel-based superalloys / I.V. Shishkovsky, A.P. Nazarov, D.V. Kotoban, N.G. Kakovkina // INTECH - 2015. - Chapter 10. -P. 221-245.

53. Carter, B.E. The influence of the laser scan strategy on grain structure and cracking behavior in SLM powder-bed fabricated nickel superalloy /B.E. Carter, C. Martin, P.J. Withers, M.M. Attalach// J. Alloys Compd. - 2014. -Vol. 6615. -P. 338-347.

54. Wang L., Process Modeling in Laser Deposition of Multilayer SS410 Steel / L. Wang, S. Felicelli // J. Manuf. Sci. Eng. 129 (2007) 1028.

55. Kaplanskii Yu.Yu. NiAl based alloy produced by HIP and SLM of pre-alloyed spherical powders. Evolution of the structure and mechanical behavior at high temperatures / Yu.Yu. Kaplanskii, A.A. Zaitsev, E.A. Levashov, P.A. Loginov, Zh.A. Sentyurina // Materials Science and Engineering: A, V. 717, 2018, Pages 48-59.

56. Chen, M. Novel composite powders with uniform TiB2 nano-particle distribution for 3D printing / M. Chen, X.Li, G. Ji, Y, Wu, Z. Chen, W. Baekelant, K. Vanmeensel, H. Wang, J-P. Kruth // Applied Sciences. - 2017. - Vol. 7. - N 250. -P. 1-9.

57. Zhang, B. Microhardness and microstructure evolution of TiB2 reinforced Inconel 625/TiB2 composite produced by selective laser melting / B. Zhang, G. Bi, S. Nai, C. Sun, J. Wei // Optics and Laser Technology. -2016. - Vol. 80. -P. 186-195. - DOI: 10.1016/j.optlastec.2016.01.010.

58. Promakhov, V. Inconel 625/TiB2 metal matrix composites by direct laser deposition / V. Promakhov, A. Zhukov, M. Ziatdinov, I. Zhukov, N. Schulz,

S. Kovalchuk, Y. Dubkova, R. Korsmik, O. Klimova-Korsmik, G. Turichin, A. Perminov // Metals. - 2019. - Vol. 9, iss. 2. - P. 141. - DOI: 10.3390/met9020141.

59. Арляпов, А. Исследование обрабатываемости фрезерованием композита Inconel 625 с добавлением NiTi-TiB2, полученного лазерным спеканием / Алексей Арляпов, Сергей Волков, Владимир Промахов, Александр Жуков // Обработка металлов (Технология. Оборудование. Инструменты). -2021. - Том 23, № 1. C. 21-32.

60. Zhang, L.-Y. Chen // Advanced engineering materials. - 2019. - Vol. 21, №. 1801215. - P. 1-29.

61. Faller, L-M. AM metal substrates for inkjet-printing of smart devices / L-M. Faller, M. Krivec, F. Abram, H. Zangl. //Materials Characterisation. - 2018. -Vol.143.- P.211-220

62. Гуревич, С.М. Металлургия и технология сварки титана и его сплавов. / С.М. Гуревич, В.Н. Замков, В.Е. Блащук - К.: Наукова думка, 1986. - 240 с.

63. Welsch, G. Materials properties handbook: titanium alloys / G. Welsch, R. Boyer, E. W. Collings - ASM international. -. 1993. -1171 p.

64. Collings, E.W. Materials Properties Handbook: Titanium Alloys, / E.W. Collings, R. Boyer, G. Welsch. - OH: ASM International, Materials Park, 2007 -P. 1159-1167.

65. Ильин, А.А. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочник. / А.А. Ильин, Б.А. Колачёв, И.С. Полькин. - Москва: ВИЛС-МАТИ, 2009. - 520 c.

66. Banerjee, D. Perspectives on titanium science and technology / Banerjee D., Williams J. C. // Acta Material. - 2013. - Vol. 61, № 3. - P. 844-879.

67. Collings, E. W. The physical metallurgy of titanium alloys / E.W. Collings // Metals Park Ohio. - 1984. - Vol. 3. - P. 2-4.

68. Zhang, L. C. A review on biomedical titanium alloys: recent progress and prospect /L.-C. Zhang, L.-Y. Chen // Advanced Engineering materials - 2019. -Vol. 21.- 1801215.

69. Zhang, S. Investigation on microstructure and properties of laser cladded AlCoCrCuFeNi high entropy alloy coating by ultrasonic impact treatment / S. Zhang, B.Han, M.Li, C.Hu, Q. Zhang, X. liu, Y. Wang // Intermetallic. - 2021. - Vol.128. -107017.

70. Osipovich, K.S. Alloying effect of Ti-6Al-4V on composite of 321 stainless steel fabricated by electron beam additive manufacturing / K.S. Osipovich, K.N. Kalashnikov, A.V. Vorontsov // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 537 (2019) 022075, IOP Publishing doi:10.1088/1757-899X/537/2/022075.

71. Gaumann, M. Single crystal laser deposition of superalloys processing -microstructure maps. / Gaumann, M., Bezenfon, C., Canalis, P., & Kurz, W // Acta Materialia, 49, 1051-1062, 2001.

72. Kobryn P.A. Microstructure and texture evolution during solidification processing of Ti-6Al-4V / P.A Kobryn, S.L Semiatin, // Journal of Materials Processing Technology, Volume 135, Issues 2-3, 2003, Pages 330-339.

73. Fedorov, V.V. Development of electron-beam equipment and technology for additive layer-wise wire cladding/ Fedorov, V.V., Klimenov, V.A., Batranin, A.V., Ranga, P. // AIP Conference Proceedings, 2019, 2167, 020097.

74. Cherepanov R.O. Numerical model for selective laser and electron beam melting of Ti powder / Cherepanov R.O., Krinitsyn V.G., Fedorov V.V., Gustomyasov M. // 8th International Conference on Mechanics and Materials in Design. Recent Topics on Mechanics and Materials in Design (2019).

75. Fedorov, V. Powder and wire melting of titanium alloys by electron beam /Fedorov, V., Klimenov, V., Cherepanov, R., Batranin, A. // Procedia Manufacturing, 2019, 37, 584-591.

76. Завьялов М.А., Крейндель Ю.Е., Новиков А.А., Шантурин Л.П. Плазменные процессы в технологических электронных пушках // М: Энергоатомиздат. 1989. 256 с.

77. Крендель Ю.Е. // Плазменные источники электронов. М.: Атомиздат, 1977.

78. Rempe N.G. // Industrial Use of Plasma-Cathode Electron Guns. - 7th international conference on electron beam technologies. Varna, Bulgaria. 2003. -P. 144-150.

79. Силадьи М. Электронная и ионная оптика // М.: Мир, 1990.

80. Sigl, M. Transient Physical Effects in Electron Beam Sintering. // Solid Freeform Fabrication Symposium Proceedings, Bd 17. Austin, Texas, USA, 14-16. August 2006. Boston, Massachusetts, USA: Kluwer Academic Publisher 2006, S. 397-405.

81. Herman, H. Treatise on Materials Science and Technology// New York City, New York, USA: Academic Press 1981. ISBN: 0-12341-820-8.

82. Kruth, J. P. Selective laser melting of iron-based powder / Kruth, J. P.; Froyen, L.; Van Vaerenbergh, J.; Mercelis, P.; Rombouts, M.// Materials Processing Technology 149 (2004) 1-3, S. 616-622.

83. Schultz, V. High Seam Surface Quality in Keyhole Laser Welding:/ Schultz, V.; Woizeschke, P. // Buttonhole Welding J. Manuf. Mater. Process. 2018, 2, 78.

84. W. H. Hofmeister et al., MS&T, Pittsburgh, PA, Sept. 2005

85. Zhao J, Effects of metal-vapor jet force on the physical behavior of melting wire transfer in electron beam additive manufacturing/ Zhao J, Zhang B, Li X, Li R // J Mater Process Tech 220:243-250.

86. Kistler, N. A. Effect of processing conditions on the microstructure, porosity, and mechanical properties of Ti-6Al-4V repair fabricated by directed energy deposition / N.A. Kistler, D.J. Corbin, A.R. Nassar, E.W. Reutzel, A.M. Beese // Journal of Materials Processing Technology. - 2019. - Vol. 264. - P. 172-181.

87. Cao, F. A review of the fatigue properties of additively manufactured Ti-6Al-4V / F. Cao, T. Zhang, M.A. Ryder, D.A. Lados // Jom. - 2018. - Vol. 70, № 3. -P. 349-357.

88. Zhang, J. Fatigue crack propagation behaviour in wire+ arc additive manufactured Ti- 6Al- 4V: Effects of microstructure and residual stress / J. Zhang, X. Wang, S. Paddea, X. Zhang // Materials & Design. - 2016. - Vol. 90. - P. 551-561.

89. Martina, F. Residual stress of as-deposited and rolled wire+ arc additive manufacturing Ti-6Al-4V components / F. Martina, M.J. Roy, B.A. Szost, S. Terzi, P.A. Colegrove, S.W. Williams, P.J. Withers, J. Meyer, M. Hofmann // Materials Science and Technology. - 2016. - Vol. 32, № 14. - P. 1439-1448.

90. Donoghue, J. The effectiveness of combining rolling deformation with Wire-Arc Additive Manufacture on p-grain refinement and texture modification in Ti-6Al-4V / J. Donoghue, A.A. Antonysamy, F. Martina, P.A. Colegrove, S.W. Williams, P.B. Prangnell // Materials Characterization. - 2016. - Vol. 114. - P. 103-114.

91. Qian, M. Additive manufacturing and postprocessing of Ti-6Al-4V for superior mechanical properties / M. Qian, W. Xu, M. Brandt, H.P. Tang // MRS Bulletin. - 2016. - Vol. 41, № 10. - P. 775-784.

92. Bagryanskiy K.V. Theory of Welding Processes / K.V. Bagryanskiy, Z.A. Dobrotina, K.K. Khrenov // High School, Kiev, 1976. (in Russian)

93. Petrov G.L. Theory of Welding Processes (with the Basics of Physical Chemistry)/ G.L. Petrov, A.S. Tumarev //, 2nd ed., High School, Moscow, 1977.

94. Frolov V.V. Theory of Welding Processes // Moscow, High School, 1988.

95. Kurz W., Fundamentals of Solidification / W. Kurz, D.J. Fisher // 3rd ed., Trans Tech Publications, Aedermannsdorf, 1992.

96. Il'in A.A. Titanium Alloys. Composition, Structure, Properties / A.A. Il'in, B.A.Kolachev, I.S. Pol'kin,// Reference Book. VILS-MATI, Moscow, 2009.

97. Sanaei, N. Defect characteristics and analysis of their variability in metal L-PBF additive manufacturing / N. Sanaei, A. Fatemi, N. Phan // Materials & Design. -2019. - Vol. 182. - ID 108091.

98. Galati, M. Surface roughness characterisation and analysis of the Electron Beam Melting (EBM) process / M. Galati, P. Minetola, G. Rizza // Materials. - 2019. -Vol. 12, № 13. - ID. 2211.

99. Gong H. Influence of defects on mechanical properties of Ti-6Al-4 V components produced by selective laser melting and electron beam melting / H. Gong, K. Rafi, H. Gu, G.D. Janaki Ram, T. Starr, B. Stucker // Materials & Design. - 2015. -Vol. 86. - P. 545-554.

100. Leuders, S. On the mechanical behaviour of titanium alloy TiAl6V4 manufactured by selective laser melting: Fatigue resistance and crack growth performance / S. Leuders, M. Thone, A. Riemer, T. Niendorf, T. Troster, H.A. Richard, H.J. Maier // International Journal of Fatigue. - 2013. - Vol. 48. - P. 300-307.

101. Aleshin, N. P. Applying nondestructive testing to quality control of additive manufactured parts / N.P. Aleshin, M.V. Grigo'rev, N.A. Shchipakov, M.A. Prilutskii, V.V. Murashov // Russian Journal of Nondestructive Testing. - 2016. - Vol. 52, № 10. - P. 600-609.

102. Niknam, S. A. An acoustic emission study of anisotropy in additively manufactured Ti-6Al-4V / S.A. Niknam, D. Li, G. Das // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2019. - Vol. 100, № 5-8. - P. 1731-1740.

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

104. Sames, W. J. The metallurgy and processing science of metal additive manufacturing / W.J. Sames, F.A. List, S. Pannala, R.R. Dehoff, S.S. Babu // International materials reviews. - 2016. - Vol. 61, № 5. - P. 315-360.

105. Markl, M. Multiscale modeling of powder bed-based additive manufacturing / M. Markl, C. Körner // Annual Review of Materials Research. -2016. - Vol. 46. - P. 93-123.

106. Gusarov A. V., Smurov I. Modeling the interaction of laser radiation with powder bed at selective laser melting / A.V. Gusarov, I. Smurov // Physics Procedia. -2010. - Vol. 5. - P. 381-394.

107. Lee Y. S., Zhang W. Modeling of heat transfer, fluid flow and solidification microstructure of nickel-base superalloy fabricated by laser powder bed fusion / Y.S. Lee, W. Zhang // Additive Manufacturing. - 2016. - Vol. 12. - P. 178188.

108. Körner, C. Mesoscopic simulation of selective beam melting processes / C. Körner, E. Attar, P. Heinl //Journal of Materials Processing Technology. - 2011. - Vol. 211, № 6. - P. 978-987.

109. Khairallah, S. A. Mesoscopic simulation model of selective laser melting of stainless steel powder / S.A. Khairallah, A. Anderson // Journal of Materials Processing Technology. - 2014. - Vol. 214, № 11. - P. 2627-2636.

110. Khan, K. Modelling of selective laser melting process with adaptive remeshing / K. Khan, A. De // Science and Technology of Welding and Joining. -

2019. - Vol. 24, № 5. - P. 391-400.

111. Noll, I. computational phase transformation model for selective laser melting processes / I. Noll, T. Bartel, A.A. Menzel // Computational Mechanics. -

2020. - Vol. 66, № 6. - P. 1321-1342.

112. Dunbar, A. J. Experimental validation of finite element modeling for laser powder bed fusion deformation / A.J. Dunbar, E.R. Denlinger, M.F. Gouge, P. Michaleris // Additive Manufacturing. - 2016. - Vol. 12. - P. 108-120.

113. Luo, Z. A survey of finite element analysis of temperature and thermal stress fields in powder bed fusion additive manufacturing / Z. Luo, Y. Zhao // Additive Manufacturing. - 2018. - Vol. 21. - P. 318-332.

114. Huang, Y. Finite element analysis of thermal behavior of metal powder during selective laser melting / Y. Huang, L.J. Yang, X.Z. Du, Y.P.Yang // International Journal of Thermal Sciences. - 2016. - Vol. 104. - P. 146-157.

115. Roberts, I. A. A three-dimensional finite element analysis of the temperature field during laser melting of metal powders in additive layer manufacturing / I.A. Roberts, C.J. Wang, R. Esterlein, V. Stanford, D.J. Mynors // International Journal of Machine Tools and Manufacture. - 2009. - Vol. 49, № 12-13. - P. 916-923.

116. Jayanath, S. computationally efficient finite element framework to simulate additive manufacturing processes / S. Jayanath, A.A. Achuthan, // Journal of Manufacturing Science and Engineering. - 2018. - Vol. 140, № 4.

117. Priya, P. Towards prediction of microstructure during laser based additive manufacturing process of Co-Cr-Mo powder beds / P. Priya, B. Mercer, S. Huang, M.

Aboukhatwa, L. Yuan, S. Chaudhuri // Materials & Design. - 2020. - Vol. 196. - ID. 109117.

118. Dao, M. H. Simulations of Laser Assisted Additive Manufacturing by Smoothed Particle Hydrodynamics / M. H. Dao, J. Lou // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. - 2021. - Vol. 373. - ID. 113491.

119. Chiumenti, M. Numerical modelling and experimental validation in Selective Laser Melting / M. Chiumenti, E. Neiva, E. Salsi, M. Cervera, S. Badia, J. Moya, Z. Chen, C. Lee, C. Davies // Additive Manufacturing. - 2017. - Vol. 18. - P. 171-185.

120. Ahmetshin, R.G. SLS setup and its working procedure/ Ahmetshin, R.G., Fedorov, V.V., Kostikov, K.S., (...), Rasin, A.V., Yakovlev, A.N.// Key Engineering Materials, 2016. - 685, с 477-481

121. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021614248 2021 г. «Управление установкой электронно-лучевого сплавления порошков» / Фёдоров В.В., Кузьменко И.В., Юркина В.А., Густомясов М., Юсупов Р.И., Клименов В.А.

122. Lee B.J. A thermodynamic evaluation of the Fe- Cr-Ni system // Journal of the Korean Institute of Metals and Materials. - 1993. - Vol. 31, iss. 4. - P. 480-489.

123. Yang, J., Formation and control of martensite in Ti-6Al-4V alloy produced by selective laser melting/ J. Yang, H. Yu, J. Yin, M. Gao, Z. Wang, X. Zeng // Mater. Des. 108 (2016) 308-318.

124. Ducato, A., An Automated Visual Inspection System for the Classification of the Phases of Ti-6Al-4V Titanium Alloy/ A. Ducato, L. Fratini, M. La Cascia, G. Mazzola// Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg, 2013 362-369.

125. Ahmed, T., Phase transformations during cooling in a + p titanium alloys/ T. Ahmed, H.J. Rack// Mater. Sci. Eng. A 243 (1) (1998) 206-211.

126. Hao, Y.-L., Biomedical titanium alloys and their additive manufacturing/ Y.-L. Hao, S.-J. Li, R. Yang// Rare Metals 35 (9) (2016) 661-671.

127. Pushilina, N.S., Beam Current Effect on Microstructure and Properties of Electron-Beam-Melted Ti-6Al-4V Alloy/ Pushilina, N.S., Klimenov, V.A., Cherepanov,

R.O. et al// J. of Materi Eng and Perform 28, 6165-6173 (2019). https://doi.org/10.1007/s11665-019-04344-0.

128. Wysocki, B., Laser and electron beam additive manufacturing methods of fabricating titanium bone implants/ B. Wysocki, P. Maj, R. Sitek, J. Buhagiar, K. Kurzydlowski, W. Swi?szkowski// Appl. Sci. 7 (7) (2017) 657 (1-20).

129. Zhai, Y., Microstructure, static properties, and fatigue crack growth mechanisms in Ti-6Al-4V fabricated by additive manufacturing: LENS and EBM/ Y. Zhai, H. Galarraga, D.A. Lados// Eng. Fail. Anal. 69 (2016) 3-14.

130. Safdar, A., Evaluation of microstructural development in electron beam melted Ti-6Al-4V/ A. Safdar, L.Y. Wei, A. Snis, Z. Lai// Mater. Charact. 65 (2012) 8-15.

131. Galarraga, H., Effects of the microstructure and porosity on properties of Ti-6Al-4V ELI alloy fabricated by electron beam melting (EBM)/ H. Galarraga, D.A. Lados, R.R. Dehoff, M.M. Kirka, P. Nandwana// Addit. Manuf. 10 (2016) 47-57.

132. Koike, M., Evaluation of titanium alloys fabricated using rapid prototyping technologies electron beam melting and laser beam melting/ M. Koike, P. Greer, K. Owen, G. Lilly, L.E. Murr, S.M. Gaytan, E. Martinez, T. Okabe// Materials (Basel) 4 (10) (2011) 1776-1792.

133. Jerrard, P.G.E., Experimental investigation into selective laser melting of austenitic and martensitic stainless steel powder mixtures/ P.G.E. Jerrard, L. Hao, K.E. Evans// Proc. IMechE 223 (Part B) (2009) 1409e1416.

134. Abd-Elghany, K., Property evaluation of 304L stainless steel fabricated by selective laser melting/ K. Abd-Elghany, D.L. Bourell// Rapid Prototyp. J. 18 (5) (2012) 420e428.

135. Yadollahi, A., Effects of process time interval and heat treatment on the mechanical and microstructural properties of direct laser deposited 316L stainless steel/ A. Yadollahi, N. Shamsaei, S.M. Thompson, D.W. Seely// Mater. Sci. Eng. A 644 (2015)171e183.

136. Majumdar, J.D., Microstructure characterisation and process optimization of laser assisted rapid fabrication of 316L stainless steel/ J.D. Majumdar, A. Pinkerton, Z. Liu, I. Manna, L. Li// Appl. Surf. Sci. 247 (2005) 320e327.

137. Antonysamy, A.A., Effect of build geometry on the ß-grain structure and texture in additive manufacture of Ti-6Al-4V by selective electron beam melting/ A.A. Antonysamy, J. Meyer, P.B. Prangnell// Mater. Charact. 84 (2013) 153e168.

138. Bajaj, P., Steels in additive manufacturing: A review of their microstructure and properties / P. Bajaj, A. Hariharan, A. Kini, P. Kürnsteiner, D. Raabe, E.A. Jägle// Materials Science and Engineering: A, Volume 772, 2020, 138633, ISSN 0921-5093, https://doi.org/10.1016/i.msea.2019.138633.

139. Zhong, Y., Additive manufacturing of 316L stainless steel by electron beam melting for nuclear fusion applications / Yuan Zhong, Lars-Erik Rännar, Leifeng Liu, Andrey Koptyug, Stefan Wikman, Jon Olsen, Daqing Cui, Zhijian Shen // Journal of Nuclear Materials, Volume 486, 2017, Pages 234-245, ISSN 0022-3115, https://doi.org/10.1016/Mnucmat.2016.12.042.

140. Fedorov V.V., Structural and mechanical properties of stainless steel formed under conditions of layer-by-layer fusion of a wire by an electron beam./ Fedorov V.V., Rygin A.V., Klimenov V.A., Martyushev N.V., Klopotov A.A., Strelkova I.L., Matrenin S.V., Batranin A.V., Deryusheva V.N// Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2021, vol. 23, no. 4, pp. 111-124. DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.4-111-124.

141. Al-Bermani SS., The origin of microstructural diversity, texture, and mechanical properties in electron beam melted Ti6Al4V./ Al-Bermani SS, Blackmore ML, Zhang W, Todd I.// Metall Mater Trans A 2010;41A(13):3422-34.

142. Qiu, C., A comprehensive study on microstructure and tensile behaviour of a selectively laser melted stainless steel./ Qiu, C., Kindi, M. A., Aladawi, A. S., & Hatmi, I. A. (2018) // Scientific Reports, 8(1). doi:10.1038/s41598-018-26136-7.

143. Gushchina, M.O., Effect of Scanning Strategy on Mechanical Properties of Ti-6Al-4V Alloy Manufactured by Laser Direct Energy Deposition./ Gushchina, M.O., Kuzminova, Y.O., Kudryavtsev, E.A. et al// J. of Materi Eng and Perform 31, 27832791 (2022). https://doi.org/10.1007/s11665-021-06407-7.

144. Everhart, W., The Effect of Scan Length on the Structure and Mechanical Properties of Electron Beam-Melted Ti-6Al-4V / W. Everhart, J. Dinardo, and C. Barr //

Metallurgical and Materials Transactions A, vol. 48, no. 2, pp. 697-705, 2016, doi: 10.1007/s11661- 016-3866-z.

145. Назарова Т.И., Имаев В.М., Имаев Р.М., Павжнич С.П. Микроструктура и механические свойства на растяжение сплава ВТ6, полученного методом селективного лазерного плавления // Изв. ВУЗов. Физика. - 2015. - Т.58, №6. - С. 26-31.

146. Zhang S., Wei Q., Cheng L., Li S., Shi Y. Effects of scan line spacing on pore characteristics and mechanical properties of porous Ti6Al4V im- plants fabricated by selective laser melting // Ma- ter. Des. - 2014. - V.63. - P. 185-193.

147. Саркеева А.А., Лутфуллин Р.Я., Круглов А.А., Астанин В.В. Влияние структуры на механическое поведение титанового сплава ВТ6 при ударном нагружении // Письма о материалах. - 2012. - Т.2. - С. 99-102.

148. Сшейманова Г.Р., Кабиров P.P., Караваева M.B., Ершова Ю.А., Жиляев А.П. Исследование прочности сварного соединения ВТ6, полученного линейной сваркой трением, методом кручения // Известия ВУЗов. Физика. -2015. - Т.58, №6. - С. 67-74.

149. Скотникова М.А., Чижик Т.А., Лисянский А.С., Симин О.Н., Цыбулина И.Н., Ланина А. А. Исследование рабочих лопаток турбин большой мощности с учетом структурно-фазовых превращений в металле штамповок из титано- вого сплава ВТ6 // Металлобработка. - 2009. - Т.54, №6. - С. 28-33.

150. Панасюк В.В. Механика разрушения квазихрупких материалов. -Киев: Наукова думка, - 1991. - 271 c.

151. Hattal A., Chauveau T., Djemai M., Fouchet J.J., Bacroix B., Dirras G. Effect of nano-yttria stabilized zirconia addition on the microstructure and mechanical properties of Ti6Al4V parts manufactured by selective laser melting // Materials and Design. - 2019. - V.180. - P. 107909.

152. Omar L. Rodrigueza, Paul G. Allisonb, Wilburn R. Whittingtonc, Haitham El Kadiric, Oscar G. Riverad, Mark E. Barkeye Strain rate eff ect on the tension and compression stress-state asymmetry for electron beam additive

manufactured Ti6Al4V // Materials Science & Engineering A. - 2018. - V.713. -P.125-133.

153. Kou S. Welding metallurgy. 2nd ed. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons;

2003.

170

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2021614248 2021 г. «Управление установкой электронно-лучевого сплавления порошков» / Фёдоров В.В., Кузьменко И.В., Юркина В.А., Густомясов М., Юсупов Р.И., Клименов В.А.

Приложение Б. Акт внедрения результатов диссертационной работы в учебный процесс ТПУ.

Приложение В. Акт внедрения результатов диссертационной работы в научный процесс ТПУ.

Приложение Г. О практическом использовании результатов исследования в разработке установок проволочного электронно-лучевого аддитивного производства в ИФПМ СО РАН

у УТВЕРЖДАЮ [ректор 10&ПМ СО РАН, Д.!л • Л_Е А Колубаев

2023 г

АК"1

О практическом iiciia.ii.юпянни рпулыатив пи.н кжиниа я рятряГмпке >спим1В»к ировиличти о злев «рин но-, ичевию адииивного Иринки) кик» я ИФ11М СО РАН

Настоящим сипом подтоврждввм, что рюутлэти ршЗэти Ф««орима Насилия Викторовича '¿Разработка оборудовании и методов- выращивания объектов мектроимо-лучевым сплавлением порошков и ирови.итм «и титановых силам» к нержавеющей стшшд, использовались ИФЛМ СО РАН при выполнении рчлп опылю-консгрукторооос и технологических работ

В частности. результаты указанной работы были истто.илопшш ори проектировании И ИЭГОТО*ЛСНИИ усПМРМК ПрОЖШУШОГО электронно-лучевого АДДИТИВНОГО проппполепт и киле выполнения ИФПМ СО РАН проекта .Ра^рзСчлкл н соллднис лннейти примышленною робо 1 н знрованнот о обору дивим кя и о основе му льгилучковой электронно-тучевой! ТИПОЛОГИИ ДЛЯ висОКОДрОШНОДШСДЬЫОГО илднтн иного производства крупноразмерных металлических и полиметаллических .хчалсЯ. узлов и конструкций для КЛК1ЧСЯЫХ отраслей РФ* й рвмзеах Федеральной целевой программ« «.Исследования и разработки по приоритетным вправлениям разни ни научно-технологического комплекса России ■» 2014—2020 годы«.

В ходе выполнении данною и рос к: л, ир*1 создании линейки тлектранно-лучевого оборудования лля печати крупноразмерных игхлил нл основе электронно-лучевой пушки с |грямым накалом ИФПМ СО РАН быт применены конструктивные решения и нснользован опыт эксплуатации табориторной установки л.*ктронно-лучеаого СПЛаВ«"»«а, гп^ммЛ И И ф|>и\роямм

Внедрение научного залс.та указанной работы В В. Федорова также потм.ти.ло значительно сократить сроки разработки ИФПМ СО РАН проволочной »лекгронно-лучевой технологи аддитивного производства тюар-балтонов высокого давлении ил титановых сплавов дхя нужд ракетно-космической отрасли РФ

Руководите ль работ по пр директор ИФПМ ГО РАН

ДД-Н

Ответственный исполнитель работ по проекту, ыведуюший ЛККМиК ИФПМ СО РАН. к.ф-м.н