Особливості використання адитивних технологій при виготовленні гвинтових виробів, синтезованих методами генеративного дизайну

Abstract

У роботі досліджено технологічні особливості використання сучасних адитивних технологій при виготовленні деталей типу шнеків складної геометрії, отриманих за результатами реалізації методики генеративного дизайну відповідно до умов експлуатації та характеру силових факторів, прикладених до витків. Показано, що класичні технології формоутворення гвинтових поверхонь мають суттєві обмеження при виготовленні полегшених багатопорожнинних конструкцій із локально змінною жорсткістю та змінним законом розподілу товщини витка. Встановлено раціональні умови використання технологій SLM, EBM, WAAM, SLS та FDM для виготовлення шнекових виробів із функціонально-градієнтною структурою. Запропоновано підхід до інтеграції результатів топологічної оптимізації та генеративного проєктування з адитивним виробництвом шнеків. Показано, що використання генеративного дизайну дозволяє формувати структури витків із мінімізованою масою при забезпеченні необхідної жорсткості, а застосування адитивних технологій забезпечує можливість їх практичної реалізації без технологічних обмежень традиційних способів формоутворення.

This paper investigates the technological features of applying modern additive manufacturing technologies to the production of screw products with complex geometry obtained through the implementation of a generative design methodology in accordance with operating conditions and the nature of force factors acting on the flights. It is shown that conventional technologies for forming helical surfaces have significant limitations in the manufacture of lightweight multi-cavity structures with locally variable stiffness and a non- uniform flight thickness distribution law. Rational conditions for the application of SLM, EBM, WAAM, SLS, and FDM technologies in the fabrication of auger type parts with a functionally graded structure have been determined. An approach for integrating the results of topology optimization and generative design with additive manufacturing of screw components is proposed. It is demonstrated that the use of generative design enables the creation of flight structures with minimized mass while ensuring the required stiffness, whereas additive manufacturing technologies provide the possibility of their practical implementation without the technological limitations inherent in traditional forming methods.