izvkgtuИзвестия КГТУKSTU News1997-3071Калининградский государственный технический университет10.46845/1997-3071-2022-65-107-117izvkgtu-81Research ArticleСУДОСТРОЕНИЕ, МАШИНОСТРОЕНИЕ И ЭНЕРГЕТИКАSHIPBUILDING, MACHINE MANUFACTURING AND POWER ENGINEERINGИсследование физико-механических свойств образцов, полученных по технологии SLM. Часть 1. Предел прочностиStudy of physical and mechanical properties of samples obtained by SLM technology. Part 1. Strength limitЗобовП. Г.ZobovP. G.

Павел Геннадьевич Зобов – магистрант по направлению «кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры

Северодвинск

Pavel G. Zobov – Master student («Shipbuilding, ocean engineering and system engineering of marine infrastructure facilities»)

Severodvinsk

 

pavelzobov98@mail.ruДектяревА. В.DektyarevA. V.

Александр Владимирович Дектярев – аспирант кафедры кораблестроения по специальности «технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства»

Калининград

Aleksandr V. Dektyarev – Postgraduate student («Technology of shipbuilding, ship repair and organization of shipbuilding production») of the Department of Shipbuilding

Kaliningrad

КазаченкоК. В.KazachenkoK. V.

Кирилл Валерьевич Казаченко – магистрант по направлению «кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры»

Калининград

Kirill V. Kazachenko – Master student («Shipbuilding, ocean engineering and system engineering of marine infrastructure facilities»)

Kaliningrad

kazak16ks@mail.ruМорозовВ. Н.MorozovV. N.

Владимир Николаевич Морозов – кандидат технических наук, доцент кафедры кораблестроения, академик РАЕН

Калининград

Vladimir N. Morozov – PhD in Engineering, Associate Professor, Academician of RANS

Kaliningrad

 

mvn3613@gmail.comСеверный (Арктический) федеральный университет имени М. В. ЛомоносоваРоссияNorthern (Arctic) Federal University named after M. V. LomonosovRussian FederationКалининградский государственный технический университетРоссияKaliningrad State Technical UniversityRussian Federation202219032025165107117Copyright © Зобов П.Г., Дектярев А.В., Казаченко К.В., Морозов В.Н., 20252025Зобов П.Г., Дектярев А.В., Казаченко К.В., Морозов В.Н.Zobov P.G., Dektyarev A.V., Kazachenko K.V., Morozov V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.klgtu.ru/jour/article/view/81

Аддитивные технологии в настоящее время активно внедряются на предприятиях судостроительной отрасли. После успешной апробации технологий моделирования методом наплавления (fused deposition modeling, FDM), стереолитографии (stereolithography, SLA), многоструйного моделирования (multi jet modeling, MJM) в части прототипирования и производства полимерных изделий общий вектор развития стремится к освоению технологий металлической печати заготовок и готовых деталей. Работы в этом направлении ведутся на ряде предприятий, и наибольшей популярностью в данном аспекте пользуются технологии селективного лазерного плавления (selective laser melting, SLM), дуговой сварки для сплавления металлической проволоки (wire arc additive manufacturing, WAAM) и высокоскоростного прямого лазерного выращивания (high-speed direct laser deposition, HSDLD). На текущий момент интерес ряда судостроительных компаний вызывает возможность производства заготовок деталей по чертежам отливок с применением технологии SLM. Однако стоит отметить, что в литературных источниках приводятся противоречивые данные о свойствах получаемых образцов, в частности в вопросах наличия анизотропии прочностных характеристик и соответствия геометрических отклонений имеющимся стандартам. Интересно в этом плане производство изделий сложной геометрии из нержавеющих сталей, что может быть использовано при изготовлении рычагов, вилок, корпусов спецоборудования, а также суперкавитирующих винтов и элементов консолей подводных крыльев для маломерных судов. В данной работе описываются физико-механические характеристики и геометрические отклонения образцов, полученных по технологии SLM на установке Laser Cusing M2 из нержавеющей стали 316L. Даются конкретные представления об анизотропии прочностных свойств и соответствии геометрии образцов требованиям к выпускаемой продукции. Представленные материалы могут служить отправной точкой для проведения прочностных расчетов изделий с учетом специфики аддитивных технологий и, в частности, SLM-процесса.

Additive technologies are currently being actively implemented at the enterprises of the shipbuilding industry. After the successful testing of fused deposition modeling (FDM), stereolithography (SLA) and multi jet modeling (MJM) technologies in terms of prototyping and production of polymer products, the general vector of development seeks to master the technologies of metal printing of blanks and finished parts. Work in this direction is being carried out at a number of enterprises and the most popular technologies in this aspect are selective laser melting (SLM), wire arc additive manufacturing (WAAM) and high-speed direct laser deposition (HSDLD). At the moment, the interest of a number of shipbuilding companies is the possibility of producing blanks for parts according to castings drawings using the SLM technology. However, it should be noted that in the literature there are conflicting data on the properties of the samples obtained, in particular, regarding the presence of anisotropy of strength characteristics and the compliance of geometric deviations with existing standards. It is interesting in this regard to manufacture products of complex geometry from stainless steels, which can be used in the manufacture of levers, forks, housings of special equipment, as well as supercavitating screws and elements of hydrofoil consoles for small vessels. This paper describes the physicomechanical characteristics and geometric deviations of samples obtained by the SLM technology on a Laser Cusing M2 setup made of 316L stainless steel. Specific ideas are given about the anisotropy of strength properties and the compliance of the geometry of the samples with the requirements for the manufactured products. The presented materials can serve as a starting point for carrying out strength calculations of products, taking into account some specifics of additive technologies and, in particular, the SLM process.

аддитивные технологии3D-печатьсудостроение316LSLMселективное лазерное плавлениепрочностьфизико-механические характеристикиadditive technologies3D printingshipbuilding316LSLMselective laser meltingstrengthphysical and mechanical characteristicsReferencesAnisotropic response of Ti-6Al-4V alloy fabricated by 3D printing selective laser melting / L. Y. Chen et al. // Materials Science and Engineering. 2017. V. 682. P. 389–395.Chen L. Y., Huang J. C., Lin C. H., Pan C. T., Chen S. Y., Yang T. L., Lin D. Y., Lin H. K., Jang J. S. C. Anisotropic response of Ti-6Al-4V alloy fabricated by 3D printing selective laser melting. Materials Science and Engineering: A, 2017, vol. 682, pp. 389–395.Anisotropy of additively manufactured Ti-6-4 lattice structure / Y. N. Loginov et al. // AIP Conference Proceedings. AIP Publishing LLC. 2019. V. 2176. N 1. P. 020002-1 – 020002-4.Loginov Y. N., Stepanov S. I., Naschetnikova I. A., Muller-Kamskii G. Anisotropy of additively manufactured Ti-6-4 lattice structure. AIP Conference Proceedings. AIP Publishing LLC, 2019, vol. 2176, no. 1, pp. 020002-1–020002-4.A study of the microstructural evolution during selective laser melting of Ti6Al-4V / L. Thijs et al. // Acta materialia. 2010. V. 58. N 9. P. 3303–3312.Thijs L., Verhaeghe F., Craeghs T., Van Humbeeck J., Kruth J.P. A study of the microstructural evolution during selective laser melting of Ti-6Al-4V. Acta materialia, 2010, vol. 58, no. 9, pp. 3303–3312.Fatigue characterization of Titanium Ti-6Al-4V samples produced by Additive Manufacturing / A. Chastand et al. // Procedia Structural Integrity. 2016. V. 2. P. 3168–3176.Chastand V., Tezenas A., Cadoret Y., Quaegebeur P., Maia W., Charkaluk E. Fatigue characterization of Titanium Ti-6Al-4V samples produced by Additive Manufacturing. Procedia Structural Integrity, 2016, vol. 2, pp. 3168–3176.Zhai Y., Galarraga H., Lados D.A. Microstructure evolution, tensile properties, and fatigue damage mechanisms in Ti-6Al-4V alloys fabricated by two additive manufacturing techniques // Procedia Engineering. 2015. V. 114. P. 658–666.Zhai Y., Galarraga H., Lados D.A. Microstructure evolution, tensile properties, and fatigue damage mechanisms in Ti-6Al-4V alloys fabricated by two additive manufacturing techniques. Procedia Engineering, 2015, vol. 114, pp. 658–666.Characterization of texture and grain boundary character distributions of selective laser melted Inconel 625 alloy / X. Y. Fang et al. // Materials Characterization. 2018. V. 143. P. 182–190.Fang X. Y., Li H. Q., Wang M., Li C., Guo Y. B. Characterization of texture and grain boundary character distributions of selective laser melted Inconel 625 alloy. Materials Characterization, 2018, vol. 143, pp. 182–190.Microstructure anisotropy and its implication in mechanical properties of biomedical titanium alloy processed by electron beam melting / M. Wang et al. // Materials Science and Engineering: A. 2019. V. 743. P. 123–137.Wang M., Li H. Q., Lou D. J., Qin C. X., Jiang J., Fang X. Y., Guo Y. B. Microstructure anisotropy and its implication in mechanical properties of biomedical titanium alloy processed by electron beam melting. Materials Science and Engineering: A, 2019, vol. 743, pp. 123–137.Microstructure and mechanical properties of wire and arc additive manufactured Ti-6Al-4V / F. Wang et al. // Metallurgical and materials transactions A. 2013. V. 44. N 2. P. 968–977.Wang F., Williams S., Colegrove P., Antonysamy A. A. Microstructure and mechanical properties of wire and arc additive manufactured Ti-6Al-4V. Metallurgical and materials transactions A, 2013, vol. 44, no. 2, pp. 968–977.Heat treatment of Ti6Al4V produced by Selective Laser Melting: Microstructure and mechanical properties / B. Vrancken et al. // Journal of Alloys and Compounds. 2012. V. 541. P. 177–185.Vrancken B., Thijs L., Kruth J. P., Van Humbeeck J. Heat treatment of Ti6Al4V produced by Selective Laser Melting: Microstructure and mechanical properties. Journal of Alloys and Compounds, 2012, vol. 541, pp. 177–185.Kasperovich G., Hausmann J. Improvement of fatigue resistance and ductility of TiAl6V4 processed by selective laser melting // Journal of Materials Processing Technology. 2015. V. 220. P. 202–214.Kasperovich G., Hausmann J. Improvement of fatigue resistance and ductility of TiAl6V4 processed by selective laser melting. Journal of Materials Processing Technology, 2015, vol. 220, pp. 202–214.Influence of microstructure on high-cycle fatigue of Ti-6Al-4V: Bimodal vs. lamellar structures / R. K. Nalla et al. // Metallurgical and Materials Transactions A. 2002. V. 33. N 3. P. 899–918.Nalla R. K., Ritchie R. O., Boyce B. L., Campbell J. P., Peters J. O. Influence of microstructure on high-cycle fatigue of Ti-6Al-4V: Bimodal vs. lamellar structures. Metallurgical and Materials Transactions A, 2002, vol. 33, no. 3, pp. 899–918.Зобов П. Г., Дектярев А. В., Морозов В. Н. Современные методы 3Dсканирования при размерном анализе судовых моделей с учетом их аддитивного изготовления // Известия КГТУ. 2019. № 53. С. 151–161.Zobov P. G., Dektyarev A. V., Morozov V. N. Sovremennye metody 3D-skanirovaniya pri razmernom analize sudovykh modeley s uchyotom ikh additivnogo izgotovleniya [Modern 3D-scanning methods for dimensional analysis of ship models taking into account their additive manufacturing]. Izvestiya KGTU, 2019, no. 53, pp. 151–161.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.