Ocena wpływu kierunku i sekwencji nakładania warstw na anizotropię właściwości mechanicznych w technologii laserowego napawania drutem dla stopów aluminium

Środki finansowe przyznane przez Narodowe Centrum Nauki na realizację działania naukowego
Miniatura 10

Tytuł projektu: Ocena wpływu kierunku i sekwencji nakładania warstw na anizotropię właściwości mechanicznych w technologii laserowego napawania drutem dla stopów aluminium

Tytuł w j. angielskim: Assessment of the influence of layer deposition direction and sequence on anisotropy of mechanical properties in wire laser metal deposition technology for aluminum alloys

Numer decyzji: DEC-2026/10/X/ST11/00385

Okres realizacji: 21.09.2026 r. - 20.09.2027 r.

Wartość przyznanych środków: 49 500,00 PLN

Wartość projektu: 49 500,00 PLN

Kierownik działania naukowego: dr inż. Adam Zwoliński

Streszczenie: Celem działania naukowego jest systematyczna ocena wpływu kierunku i sekwencji nakładania warstw na anizotropię właściwości mechanicznych elementów wytwarzanych metodą laserowego napawania drutem (z ang. Wire Laser Metal Deposition - WLMD) ze stopów aluminium serii 4XXX, w szczególności stopu AlSi10Mg. Badania pozwolą na identyfikację optymalnych strategii nakładania minimalizujących efekt anizotropii oraz określenie mechanizmów jej powstawania w kontekście parametrów procesu addytywnego. Technologia WLMD charakteryzuje się zjawiskiem anizotropii właściwości mechanicznych wynikającym z kierunkowej krystalizacji i specyficznej natury procesu warstwowego budowania elementów. Dla stopów aluminium problem ten jest szczególnie istotny ze względu na wysoką przewodność cieplną materiału, podatność na powstawanie porowatości gazowej oraz znaczną wrażliwość mikrostruktury na gradient termiczny występujący podczas procesu. Analiza aktualnego stanu wiedzy wskazuje, że większość badań nad anizotropią w technologiach addytywnych koncentruje się na stopach tytanu i stali, podczas gdy stopy aluminium mimo rosnącego zainteresowania przemysłu pozostają znacznie mniej zbadane. Brak systematycznych badań wpływu strategii nakładania warstw na stopień i charakter anizotropii mechanicznej w technologii WLMD dla stopów aluminium ogranicza możliwości zastosowania tej metody w produkcji odpowiedzialnych komponentów, szczególnie w przemyśle lotniczym i kosmicznym, gdzie izotropowość właściwości mechanicznych jest kluczowym wymaganiem certyfikacyjnym. Dotychczasowe publikacje koncentrują się głównie na optymalizacji parametrów procesu pod kątem jakości geometrycznej i minimalizacji defektów, nie uwzględniając kompleksowo wpływu strategii nakładania na rozkład właściwości mechanicznych w różnych kierunkach. Planowane badania wypełnią tę lukę, dostarczając systematycznej wiedzy o mechanizmach anizotropii i sposobach jej kontroli poprzez odpowiedni dobór strategii budowania elementu. Badania zostaną zrealizowane z wykorzystaniem głowicy laserowej wyposażonej w dziewięć niebieskich laserów diodowych pracujących w konfiguracji wielowiązkowej. Materiałem badawczym będzie drut z serii 4XXX (w szczególności stop AlSi10Mg) o średnicy 1,0–1,2 mm, nakładany na płyty podkładowe ze stopów aluminium. W pierwszej fazie przeprowadzona zostanie optymalizacja parametrów bazowych procesu (moc lasera, prędkość podawania drutu, prędkość przesuwu głowicy, natężenie przepływu gazu osłonowego) w celu uzyskania stabilnego procesu depozycji z minimalną porowatością. W fazie badań eksperymentalnych zbadane zostaną cztery strategie nakładania warstw: jednokierunkowa, krzyżowa 90° (przemienne warstwy prostopadłe), zygzakowata z obrotem 45° oraz spiralna (od obwodu do centrum próbki). Z każdej próbki pobrane zostaną próbki do badań właściwości mechanicznych w trzech orientacjach względem dominującego kierunku nakładania: równolegle (0°), prostopadle (90°) oraz pod kątem 45°. Program badań obejmie statyczną próbę rozciągania zgodnie z ISO 6892-1 (Rm, Re, A) dla każdej orientacji i strategii, pomiary twardości metodą Vickersa HV10 zgodnie z ISO 6507-1 (profile twardości przez kolejne warstwy oraz mapy twardości), analizę mikrostruktury (wielkość i morfologia ziarna, granice warstw, porowatość) oraz obliczenie wskaźnika anizotropii mechanicznej jako stosunku właściwości w różnych kierunkach. Analiza wyników obejmie korelację strategii nakładania ze stopniem anizotropii oraz jednorodnością właściwości w objętości elementu. Działanie naukowe dostarczy fundamentalnej wiedzy o kształtowaniu anizotropii w procesie WLMD dla stopów aluminium oraz określi optymalne strategie nakładania minimalizujące ten efekt. Wyniki pozwolą na opracowanie wytycznych technologicznych dla przemysłu oraz wskażą kierunki dalszych badań właściwości mechanicznych elementów addytywnych, wpisując się w rozwój metod wytwarzania w ramach dyscypliny inżynieria mechaniczna.