Расширение технологических возможностей и повышение ресурсной эффективности процессов изготовления металлических изделий за счет разработки роботизированного комплекса трехмерной печати металлических изделий

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-79-00267

НазваниеРасширение технологических возможностей и повышение ресурсной эффективности процессов изготовления металлических изделий за счет разработки роботизированного комплекса трехмерной печати металлических изделий

Руководитель Сухоруков Сергей Иванович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" , Хабаровский край

Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-107 - Мехатроника и робототехника

Ключевые слова робот-манипулятор, аддитивные технологии, печать металлами, система управления, технологическая оснастка, алгоритмы управления

Код ГРНТИ50.47.31

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение ряда проблем, существующих на сегодняшний день в промышленном производстве металлических изделий, а именно: 1) Высокий коэффициент использования материала, связанный с применением преимущественно технологий литья и механической обработки. При таких технологиях внутренняя структура детали представляет, чаще всего, монолитный металлический массив. 2) Невозможность формирования сложных внутренних структур металлических изделий (сотовые структуры, ребра жесткости и т.д.), позволяющих получать детали с необходимыми механическими характеристиками (прочность, жесткость и т.д.) при низкой массе за счет методов топологической оптимизации. 3) Невозможность применения существующих систем трехмерной печати металлических изделий, основанных на технологиях селективного лазерного спекания металлических порошков, реализуемых на станках с классической механикой станков с ЧПУ, для изготовления крупногабаритных изделий. Вопросы энергетической и ресурсной эффективности промышленных производств и повышение качества и эксплуатационных характеристик выпускаемой продукции являются важными и актуальными на сегодняшний день как в России, так и за рубежом. Многие научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы сегодня посвящены разработке и внедрению новых технологий и оборудования, позволяющих экономить сырье и энергию при производстве тех или иных изделий. Одним из новых направлений в производстве металлических изделий является внедрение аддитивных технологий, позволяющих за счет послойного формирования трехмерной детали реализовывать сложные внешние и внутренние формы изделий и расходовать только то количество материала, которое необходимо для обеспечения прочностных характеристик детали. Одним из несомненных преимуществ аддитивных технологий перед классическими является возможность так называемой топологической оптимизации деталей – технология, которая позволяет удалить весь избыточный объем материала детали за счет специализированных алгоритмов анализа форм и нагрузок детали. Анализ существующих на сегодня технологий трехмерной печати показывает, что печать реализуется преимущественно методом селективного лазерного спекания, при котором металл в порошковой форме укладывается в тонкие слои и в каждом слое лучом лазера порошок спекается в монолитный металл в необходимой форме. К недостаткам такого подхода можно отнести: - малые габариты итоговой детали (порядка 0,8*0,5*0,5 м). Создание установок с более габаритной зоной печати экономически не целесообразно; - необходимость заполнения порошком всего объема зоны печати с последующим удалением неиспользованного порошка. Для компенсации первого недостатка в рамках данного проекта предлагается применение для реализации трехмерной печати механики с заведомо более габаритной рабочей зоной, а именно – промышленного робота-манипулятора. В области промышленной робототехники на сегодняшний день уже решены вопросы обеспечения больших рабочих зон робота и их расширения за счет стандартных средств (дополнительные внешние оси, линейные направляющие и т.д.) – итоговые габариты рабочей зоны могут достигать 2*3*15 м, что позволит печатать крупногабаритные и одновременно легкие конструкции. Для компенсации второго недостатка предлагается применить другой вариант технологии печати – DeD (прямой подвод энергии и материала), при котором отсутствует необходимость полного заполнения рабочей камеры порошком металла. Для реализации такого подхода предлагается использование металла в виде проволоки, подаваемого в зону печати и расплавляемого лазерным лучом. Еще одним основанием актуальности предлагаемого проекта является то, что подавляющее большинство систем трехмерной печати металлических изделий на сегодня являются системами зарубежного производства, использующие свои технологические наработки в формате «ноу-хау» и являющиеся, по сути, закрытыми системами и не позволяющими вмешиваться в технологические режимы работы. В ходе работ по проекту будут решаться вопросы разработки как технологических элементов для построения роботизированных комплексов трехмерной печати металлами, так и сложных алгоритмов управления такими комплексами.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Сухоруков С.И., Овсянников А.Р., Лепехина С.Ю. The Operation Algorithm of the Control System for the Wire Feeding and Positioning Module for the Robotic 3D Printing Complex IEEE Xplore, 2023 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), 2023, pp. 749-754 (год публикации - 2023)
10.1109/ICIEAM57311.2023.10139307

2. Сухоруков С.И., Овсянников А.Р. Один из вариантов структуры роботизированного комплекса трехмерной печати металлических изделий Производственные технологии будущего: от создания к внедрению. Материалы VI Международной научно-практической конференции молодых ученых., Часть 1. 2023. С. 95-98. (год публикации - 2023)

3. Сбитнев Н.Р., Григорец Р.Д., Носаченко Р.А., Сухоруков С.И. Структура системы измерения механических параметров перемещения инструмента промышленного робота Производственные технологии будущего: от создания к внедрению. Материалы VI Международной научно-практической конференции молодых ученых, Часть 1. 2023. С. 55-58. (год публикации - 2023)

4. Сухоруков С.И., Носаченко Р.А., Григорец Р.Д., Сбитнев Н.Р. Особенности выбора датчиков для построения системы измерения параметров перемещения инструмента промышленного робота Производственные технологии будущего: от создания к внедрению. Материалы VI Международной научно-практической конференции молодых ученых, Часть 1. 2023. С. 92-94. (год публикации - 2023)

5. Григорец Р.Д., Носаченко Р.А., Сухоруков С.И. Алгоритм обработки сигналов датчиков системы мониторинга параметров перемещения промышленного робота Молодежь и наука: актуальные проблемы фундаментальных и прикладных исследований. Материалы VI Всероссийской национальной научной конференции молодых учёных, Часть 1. 2023. Стр. 211-214. (год публикации - 2023)

6. Сухоруков С.И., Шушарин Н.С., Сбитнев Н.Р. Алгоритм обработки управляющей программы роботизированного комплекса трехмерной печати металлами Электропривод на транспорте и в промышленности: материалы III Всероссийской научно-практической конференции, стр.84-89 (год публикации - 2023)

7. Сухоруков С.И., Овсянников А.Р., Лепехина С.Ю. A Set of Technological Equipment for a Robotic 3D Printing System Using DED Technology цифровая библиотека "IEEE Xplore" (издательство Institute of Electrical and Electronics Engineers) (год публикации - 2024)

8. Сухоруков С.И., Деркач И.Ю. Исследование вариантов компоновки оборудования активной системы защиты от лазерного излучения Молодёжь и наука: актуальные проблемы фундаментальных и прикладных исследований. Материалы VII Всероссийской национальной научной конференции молодых учёных (год публикации - 2024)

9. Сухоруков С.И., Шушарин Н.С. Особенности реализации формирования очереди команд в ПЛК посредством панели оператора Молодёжь и наука: актуальные проблемы фундаментальных и прикладных исследований. Материалы VII Всероссийской национальной научной конференции молодых учёных (год публикации - 2024)

10. Сухоруков С.И., Годяев А.И., Овсянников А.Р. Разработка структуры системы управления роботизированного комплекса трехмерной печати металлических изделий Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного университета (год публикации - 2024)

11. Сухоруков С.И., Шушарин Н.С. Command system for a robotic 3D printing complex using DED technology 2024 International Russian Smart Industry Conference, стр. 184-189 (год публикации - 2024)
10.1109/SmartIndustryCon61328.2024.10516178

12. Сухоруков С.И., Григорец Р.Д., Сбитнев Н.Р., Носаченко Р.А. Анализ возможных вариантов мониторинга параметров перемещения инструмента промышленного робота Производственные технологии будущего: от создания к внедрению. Материалы VI Международной научно-практической конференции молодых ученых, Часть 1. 2023. Стр.83-85. (год публикации - 2023)

Публикации