Тульский государственный университет (ТулГУ), Тула, Россия:
О. И. Борискин, докт. техн. наук, профессор, директор Политехнического института ТулГУ, зав. кафедрой «Инструментальные и метрологические системы»
Е. В. Ларкин, докт. техн. наук, профессор, зав. кафедрой робототехники и автоматизации производства, эл. почта: elarkin@mail.ru
Г. В. Маркова, докт. техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Физика металлов и материаловедение»

Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого, Тула, Россия:
А. Н. Привалов, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: privalov.61@mail.ru

Исследованы лазерный нагрев и плавление частиц мелкодисперсного порошка в 3D-принтере как часть аддитивной технологии создания металлических деталей. Показано, что оптимизация функционирования технологической установки невозможна без разработки математической модели процесса нагрева и расплавления частиц металла. В качестве базовой концепции моделирования использован подход, основанный на формировании и решении уравнения теплопроводности с краевыми условиями, учитывающими сферическую форму частицы, распределение энергии в поперечном сечении лазерного пучка и взаимное пространственное положение частицы и лазерного пучка. Отмечено, что для оценки структуры формируемых деталей подобный подход является избыточным, а алгоритм интегрирования уравнения в частных производных отличается высокой вычислительной сложностью.

Исследования были проведены при поддержке Госпрограммы Минобрнауки РФ (№ 2.3121.2017/ПЧ) и в рамках реализации ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» по теме «Разработка прототипа инженерного программного обеспечения на основе высокопроизводительных вычислений для оценки механических характеристик изделия, изготовленного с использованием аддитивных технологий (методом селективного лазерного спекания) с учетом стратегии изготовления изделия» (уникальный идентификатор проекта RFMEFI57717X0271.

1. Зеленко М. А., Нагайцев М. В., Довбыш В. М. Аддитивные технологии в машиностроении: пособие для инженеров. — М. : ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», 2015. — 220 с.
2. Волегжанин И. А., Макаров В. Н., Холодников Ю. В. Аддитивные технологии использования композитов при производстве горных машин // ГИАБ. 2017. № 6. С. 32–38.
3. Olakanmi E. O., Cochrane R. F., Dalgarno K. W. A review on selective laser sintering/melting (SLS/SLM) of aluminium alloy powders: Processing, microstructure, and properties // Progress in Materials Science. 2015. Vol. 74. P. 401–477.

4. Травянов А. Я., Дуб А. В., Петровский П. В., Чеверикин В. В. Исследование механических свойств ячеистых структур из коррозионностойкой стали 03Х16Н15М3 в зависимости от параметров элементарной ячейки // Черные металлы. 2018. № 10. С. 59–64.
5. Петровский П. В., Чеверикин В. В., Соколов П. Ю., Давиденко А. А. Зависимость структуры и свойств стали 03Х16Н15М3 от геометрии ячеистых структур, полученных методом селективного лазерного сплавления // Черные металлы. 2019. № 3. С. 49–53.
6. Масайло Д. В., Попович А. А., Орлов А. В. и др. Исследование структуры и механических характеристик образцов, полученных газопорошковой лазерной наплавкой и селективным лазерным плавлением из сфероидизирующего порошка на основе железа // Черные металлы. 2019. № 4. С. 73–77.
7. Шишковский И. В. Лазерный синтез функционально-градиентных мезоструктур и объемных изделий. — М. : Физматлит, 2009. — 421 с.
8. Orfanidis S. J. Introduction to signal processing. Prentice Hall Inc. — NY, USA, 1996. — 790 p.
9. Григорьянц А. Г. Основы лазерной обработки материалов. — М. : Машиностроение, 1989. — 301 с.
10. Benenson W., Harns J. W., Stocker H., Lotz H. Handbook of Physics. — N.Y., USA. Springer Verlag, 2002. — 1183 p.
11. Akimenko T. A., Dunaev V. A., Larkin E. V. Computer Simulation of the Surface heating process by the movable laser // V International Workshop on Mathematical Models and their Applications 2016. (Krasnoyarsk, Russia). IOF Conf. Series. Matherial science and Engeneering. 2017. Vol. 173. UNSP 012002.
12. Smurov I. Pyrometry applications in laser machining // Proceeding of SPIE. 2001. Vol. 4147. P. 55–66.
13. Яковлев Е. Б. Перегрев твердых тел при плавлении // Известия АН СССР. Серия : Физика. 1989. Т. 53. № 3. С. 591–594.
14. Яковлев Е. Б., Вейко В. П. Особенности плавления металлов при лазерном нагревании // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2005. Т. 21. С. 52–56.
15. Яковлев Е. Б., Свирина В. В., Сергаева О. Н. Особенности плавления металлов при действии ультракоротких лазерных импульсов // Известия вузов. Приборостроение. 2010. Т. 53. № 4. С. 57–62.
16. Li R., Wang M., Yuan T. et al. Selective laser melting of a novel Sc and Zr modified Al–6.2 Mg alloy: Processing, microstructure, and properties // Powder Technology. 2017. Vol. 319. P. 117–128.
17. Разработка прототипа инженерного программного обеспечения (ИПО) на основе высокопроизводительных вычислений для оценки механических характеристик изделия, изготовленного с использованием аддитивных технологий (методом селективного лазерного спекания) с учетом стратегии изготовления изделия. Отчет о прикладных научных исследованиях и экспериментальных разработках / под ред. В. И. Горбачева. — Тула : Тульский гос. пед. ун-т им. Л. Н. Толстого, 2017. — 790 с.