Научно-технологические основы управления структурой и свойствами материалов и конструкций, изготовленных методами аддитивного производства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, доктор наук Суфияров Вадим Шамилевич

• Суфияров Вадим Шамилевич
• доктор наук
• 2025

Оглавление диссертации доктор наук Суфияров Вадим Шамилевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1 Технологии аддитивного производства из металлических порошков

1.2 Технологии аддитивного производства из керамических порошков

1.3 Отличительные особенности управления формируемых свойств изделий, изготавливаемых аддитивным производством и традиционными методами

1.4 Заключение по главе

ГЛАВА 2. СЕЛЕКТИВНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ПЛАВЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ

МАТЕРИАЛОВ

2.1 СЛП сплавов различных систем из порошков, изготовленных разными технологиями распыления расплава

2.1.1 СЛП порошка нержавеющей стали марки 316L полученного газовой атомизацией

2.1.2 СЛП порошка железа, распыленного воздухом с последующей плазменной сфероидизацией

2.1.3 СЛП порошка нержавеющей стали марки 304, полученного водным распылением и последующей плазменной сфероидизацией

2.1.4 СЛП порошка жаропрочного медного сплава БрХЦрТ В

2.1.5 СЛП порошка жаропрочного никелевого сплава марки Inconel

718

2.1.6 СЛП порошка титанового сплава Ti-6Al-4V

2.1.7 Обобщение по СЛП разных типов металлических сплавов

2.2 Управление структуро- и фазообразованием при СЛП

2.2.1 Формирование градиентной микроструктуры

2.2.2 Разработка методики проведения расчета на прочность и моделирования напряженно-деформированного состояния

структурно-градиентных материалов и конструкций

2.2.1 Изменение фазового состава при СЛП

2.3 Заключение по главе

ГЛАВА 3. АДДИТИВНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫХ

КОМПОЗИЦИОННЫХ И ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

3.1 СЛП композиционных материалов Inconel 718+TiC и ВТ6+TiC

3.2 СНС композиционного материала Inconel 718+TiC

3.3 Полиметаллическая 30-печать методом СЛП

3.3 Заключение по главе

ГЛАВА 4. АДДИТИВНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

4.1 СНС бессвинцовой пьезокерамики BaTiO3

4.2 Трехмерная ЖК-масочная стереолитография бессвинцовой пьезокерамики BaTiO3

4.3 Заключение по главе

ГЛАВА 5. СЕТЧАТЫЕ КОНСТРУКЦИИ

5.1 Разработка сетчатых конструкций с переменной плотностью

5.1.1 Конфигурации сетчатых конструкций

5.1.2 Оценка точности изготовления сетчатых конструкций

5.1.3 Создание градиента плотности за счет изменения толщины элементов сетчатых конструкций

5.1.4 Формирование градиента плотности за счет комбинирования разных конфигураций сетчатых конструкций

5.2 СНС сетчатых конструкций из пьезокерамического материала (ВаСа)(Т17г)03 с топологией трижды периодической минимальной поверхности

5.3 Заключение по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Справка использования результатов

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Акт использования результатов

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Акт внедрения результатов

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научно-технологические основы управления структурой и свойствами материалов и конструкций, изготовленных методами аддитивного производства»

Актуальность работы

Современные темпы развития промышленности требуют внедрения передовых цифровых способов производства изделий. Одним из интенсивно развивающихся направлений среди интеллектуальных производственных технологий являются технологии аддитивного производства (АП), объединяющие использование цифрового проектирования для создания компьютерной модели будущей детали и изготовление самого изделия путем послойного добавления материала на специальном оборудовании.

На текущий момент выделяют 7 основных типов процессов АП, отличающихся по своим базовым физическим и химическим принципам послойного изготовления: струйное нанесение связующего, прямой подвод энергии и материала, экструзия материала, струйное нанесение материала, синтез на подложке, листовая ламинация и фотополимеризация в ванне. В то же время технологий АП гораздо больше, поскольку в рамках одного типа процесса возможна его различная реализация для разных видов материалов, со значительно отличающимися конструктивными исполнениями оборудования, использованием разных источников энергии, исходных материалов и т.д.

Для изготовления металлических и керамических изделий наиболее распространёнными являются технологии АП, которые используют порошковые материалы в качестве исходного сырья, а именно для металлов получили промышленное применение процессы синтеза на подложке, прямого подвода энергии и материала, струйное нанесение связующего, для керамики струйное нанесение связующего и фотополимеризации в ванне. Наибольший интерес применения АП представляют металлические сплавы на основе железа, титана, алюминия и никеля, среди керамики оксидные и карбидные системы.

Последние данные свидетельствуют об активном внедрении АП в технологические процессы изготовления изделий сложной конфигурации в ряде отраслей промышленности. Яркими примерами являются: GE Aviation наладило серийный выпуск топливных форсунок для своих газотурбинных двигателей

нового поколения LEAP с производительностью 10 тыс. форсунок в год, а также лопаток турбины низкого давления для двигателей повышенной экономичности GE9X; Siemens ввело в эксплуатацию аддитивно изготовленные горелки и завихрители в газовых и паровых турбинах; итальянская компания Lima занимается серийным изготовлением имплантатов методами АП; разработка ОДК авиационного двигателя ПД-14 в своем составе имеет завихрители изготавливаемые АП; российские медицинские учреждения также используют аддитивно изготовленные индивидуально спроектированные протезы при проведении сложных операций. К российским ведущим научным школам активно развивающим новые материалы, технологии АП и их внедрение можно выделить НИЦ «Курчатовский институт», МИСиС, ЦАТ, Росатом, МГТУ им.Баумана, Сколтех, КНИТУ-КАИ, Самарский университет им. Королева, КФУ, ТГУ, ТПУ, ИФПМ СО РАН, СПбГМТУ, СПбГТИ(ТУ), МГТУ-Станкин, РНИИТО им.Вредена, ФГБОУ ВО «ПИМУ», АО «Композит» и др.

Необходимо отметить, что на данный момент применение АП ограничено производством объектов из однородного материала как по химическому составу, так и по структуре, фазовому составу, геометрическим параметрам, в то же время особенности послойного изготовления предоставляют большие возможности создания изделий с управляемыми, изменяемыми в рамках изделия, структурой и свойствами, синтезу композиционных материалов на основе принципов порошковой металлургии, формирования функционально-градиентных материалов, разработки переменных сетчатых конструкций с программируемыми свойствами. Для более широкого применения АП в промышленности необходимо разрабатывать и развивать методы управления формированием свойств при послойном изготовлении изделий, последующих обработках, применения новых методов проектирования. Точечные исследования по данным направлениям проводятся в различных университетах и исследовательских организациях, однако комплексные работы отсутствуют. В этой связи актуальным является систематическое изучение закономерностей формирования структуры и свойств при АП и последующих обработках, выявлению возможностей управления ими,

изменением технологических параметров, применением композиционных порошковых материалов и созданием сетчатых конструкций.

Актуальность выбранной темы исследования подтверждается выполнением ряда проектов в рамках договоров с АО «ОДК-Климов» (№753.20.1.709-14, №17705596339160002860/Д.747.Р1575-16, №17705596339160002860/Д.747.Р1498-16), с НИЦ «Курчатовский институт» - ВИАМ (№11714-14-16, 17705596339170000620/143371801/017413-18-18), с ИМЕТ РАН №2-16/05.22-006, с ПАО «РКК «Энергия» им. С.П. Королёва» № 324, с ПАО «Северсталь» №9000090208/140304905, соглашений с РНФ (№18-13-00111, №18-79-00207, №2173-10008), ФЦП (№14.578.21.0245), государственных контрактов с ГК Росатом (№Н.4щ.241.09.20.1081, №Н.4щ.241.09.21.1061, №Н.4щ.241.09.22.1038), а также соглашения с Минобрнауки России от 25.04.2024 № 075-15-2024-562 «Научные основы создания природоподобных материалов и конструкций с заданным комплексом свойств с использованием передовых технологий цифрового проектирования, моделирования и аддитивного производства».

Степень разработанности темы

Работа выполнена с использованием многочисленных экспериментальных исследований, на основе применения расчетно-аналитических методов и теоретического анализа процессов аддитивного производства и синтеза материалов с улучшенными механическими и эксплуатационными характеристиками, представленных в работах отечественных и зарубежных исследователей таких как M. Brandt, L. Chavez, Z. Chen, T. DebRoy, G. Dongdong, A. Elliott, I. Gibson, А.Г. Григорянц, А.В. Гусаров, C. Körner, Е.Н. Каблов, Е.А. Колубаев, Е.А. Левашов, E. MacDonald, A. Mostafaei, T. Niendorf, А.Е. Панич, В.Я. Панченко, D. Schwarz, В.Г Смелов, И.Ю. Смуров, М.М. Сычев, И.В. Шишковский, S. Sing, И.А. Ядройцев и др.

Цель работы

Установление закономерностей формирования структуры и свойств при аддитивном производстве и разработка научно-технологических принципов

управления ими для создания конструкционных и функциональных материалов с заданными физико-механическими свойствами.

Для достижения цели поставлены следующие основные задачи:

1. Установить физико-химические закономерности влияния технологических параметров селективного лазерного плавления на процессы структуро- и фазообразования при 3D-печати и последующих обработках и определить условия получения металлических материалов высокой плотности.

2. Установить закономерности изменения свойств металломатричных композиционных материалов при их синтезе методами селективного лазерного плавления и струйного нанесения связующего с последующим спеканием.

3. Выявить характерные физические и технологические особенности методов струйного нанесения связующего и трехмерной ЖК-масочной стереолитографии при аддитивном производстве пьезокерамических материалов.

4. Разработать методологию проектирования сетчатых конструкций с заданными физическими свойствами для последующего их изготовления методами аддитивного производства.

5. Разработать практические рекомендации для обоснованного выбора наиболее эффективных порошковых методов аддитивного производства и их технологических параметров, позволяющих изготавливать металлические, композиционные, сетчатые и пьезокерамические материалы высокой плотности с заданными свойствами.

Научная новизна работы:

1. Установлены закономерности изменения плотности металлических материалов различных систем легирования при варьировании объемной плотности энергии при селективном лазерном плавлении. Показано, что для порошковых материалов с низкой долей сферичности частиц требуются большие значения объемной плотности энергии СЛП для достижения высокой плотности в сравнении со сферическими/округлыми порошками.

2. Установлены закономерности процессов структуро- и фазообразования, формирования свойств материалов при селективном лазерном плавлении и

последующих обработках. Выявлено влияние толщины слоя, диаметра лазерного пятна, стратегии лазерного сканирования, типа инертного газа, температуры подогрева на морфологию, дисперсность формируемой микроструктуры и фазовый состав материала. Обоснованы возможности создания заданных структурно-фазовых состояний в различных областях изделия путем варьирования технологических параметров СЛП.

3. Установлена возможность формирования аморфной структуры в условиях селективного лазерного плавления, при этом в зонах термического воздействия при сплавлении соседних участков порошкового материала происходит кристаллизация с образованием аморфно-кристаллического композиционного материала.

4. Разработана методика компьютерного проектирования и моделирования материалов и конструкций с градиентными характеристиками. Показано влияние взаимного расположения и объемной доли материалов с отличными свойствами на характеристики градиентного материала.

5. Установлено, что синтез композиционных материалов Мто^! 718+1 масс.% ТЮ в процессе СЛП и СНС с последующим спеканием позволяет формировать материал с повышенными прочностными свойствами как при комнатной, так и при повышенных температурах. Показано влияние размера упрочняющих частиц ТЮ на свойства композиционного материала.

6. Показано влияние размера порошка ВаТЮ3 в СНС на плотность при спекании и функциональные пьезоэлектрические свойства материалов, выявлены технологические особенности трехмерной ЖК-масочной стереолитографии при изготовлении green-моделей с использованием суспензий из порошков ВаТЮ3 разного размера.

7. Предложена методология проектирования градиентных сетчатых конструкций с заданными физическими свойствами.

8. Разработан способ получения сферического порошка пьезокерамического материала (Ba0.9Ca0л)(Ti0.9Zr0л)Oз для аддитивного производства.

Методология и методы исследования

Методология: Разработка способов и устройств, исследование состава, структуры и свойств, разработка технологии получения сплавов и изготовления тестовых образцов, исследование их эксплуатационных свойств, формулировка гипотез, теоретическое обоснование полученных результатов.

Методы исследования: 3Э-сканирование, спектральный, электронно-микроскопический, оптический, рентгеноструктурный анализ, рентгеновская компьютерная томография, метод дифракции обратно рассеянных электронов, механические испытания, просвечивающая электронная микроскопия, измерение твердости, фракционного состава, конечно-элементное моделирование, пробоподготовка.

Положения, выносимые на защиту:

1. Физико-химические и технологические закономерности формирования металлических материалов высокой плотности и анализ процессов структуро- и фазообразования в них при селективном лазерном плавлении и последующих обработках.

2. Результаты исследований влияния технологических параметров на структуру и физико-механические свойства металломатричных композиционных материалов при их изготовлении методами селективного лазерного плавления и струйного нанесения связующего с последующим спеканием.

3. Технологические особенности процессов струйного нанесения связующего и трехмерной ЖК-масочной стереолитографии при аддитивном производстве пьезокерамических материалов.

4. Методика проектирования сетчатых конструкций с заданными свойствами и практические рекомендации для их изготовления методами аддитивного производства.

Практическая значимость работы

1. Результаты работы имеют существенное значение для развития аддитивного производства и применения материалов и конструкций с функционально-градиентной структурой и свойствами, а также композиционных,

полиметаллических и градиентных сетчатых структур в различных частях изделия (Программы ЭВМ № 2019667551, № 2019667491 и № 2023664091, Патенты № 189306, № 198675 и № 208724).

2. Разработана технология получения сферического порошка бессвинцовой пьезокерамики системы цирконат-титанат бария-кальция для аддитивного производства (Патент на изобретение 2801240). Показана эффективность применения разработанного порошкового материала в технологии струйного нанесения связующего для изготовления сложнопрофильных сетчатых конструкций с топологией трижды периодической минимальной поверхности.

3. Разработана технология изготовления изделий из бессвинцовой пьезокерамики с использованием трехмерной ЖК-масочной стереолитографии и включающей операции удаления связующего и спекания (Патент на изобретение 2787452).

4. Результаты исследований по применению порошков титановых и никелевых сплавов в селективном лазерном плавлении и последующей термической обработке использованы АО «ОДК-Климов» по направлению аддитивного производства изделий авиационного назначения (Справка использования результатов АО «ОДК-Климов»).

5. Результаты исследований по применению высокотемпературного подогрева при селективном лазерном плавлении использованы ЗАО «Биоград» (производитель оборудования СЛП под брендом 3DLAM) при разработке оборудования аддитивного производства нового поколения (Акт использования результатов ЗАО «Биоград»).

6. Результаты исследований включены в учебный процесс при преподавании дисциплин (на русском и английском языках) «Введение в аддитивные технологии» и «Сущность и особенности аддитивных технологий» в научно-образовательном центре «Конструкционные и функциональные материалы» ФГАОУ ВО СПбПУ, а также при руководстве научными работами магистров и аспирантов (Акт внедрения результатов ФГАОУ ВО «СПбПУ»).

Апробация работы

Основные результаты исследований, обобщенные в диссертационной работе доложены и обсуждены на следующих всероссийских и международных конференциях и симпозиумах: The 3rd. SLM User Group Meeting (Lübeck, Germany 2014 г.), Sino-Russian Symposium on Advanced Materials and Processing Technology (Qingdao, China, 2014 г.), I Международная научная конференция молодых ученых «Электротехника. Энергетика. Машиностроение» (Новосибирск, 2014 г.), The 2nd International Conference on Materials Science and Engineering Technology (MSET

2015, Shanghai, China 2015 г.), 18th international ESAFORM conference on material forming, (Graz, Austria 2015 г.), the 2nd International Conference on Progress in Additive Manufacturing (Pro-AM, Singapore 2016 г.), 13th Global Congress on Manufacturing and Management (GCMM2016, Zhengzhou, China 2016 г.), международная научно-техническая конференция «Нанотехнологии функциональных материалов» (НФМ'16, Санкт-Петербург, 2016 г.), научно-техническая конференция «Климовские чтения - 2016. Перспективные направления развития авиадвигателестроения» (Санкт-Петербург, 2016 г.), METAL International Conference on Metallurgy and Materials (Брно, Чехия, годы участия -

2016, 2018, 2019, 2020, 2021 гг.), IV всероссийская молодежная школа-конференция «Современные проблемы металловедения» (Севастополь, Респ. Крым, 2016 г.), научно-техническая конференция «Аддитивные технологии, материалы и конструкции» (г.Гродно, Беларусь, 2016 г.), Additive Manufacturing with Powder Metallurgy Conference (AMPM2017, Las Vegas, USA, 2017 г.), международная молодежная научно-техническая конференция «Нанотехнологии в современном производстве функциональных материалов и перспективы их развития» (Санкт-Петербург, 2018 г.), международная научно-техническая конференция «Современные материалы и передовые производственные технологии» (СМППТ, Санкт-Петербург, годы участия - 2019, 2021 гг.), международная научно-техническая конференция «Порошковая металлургия: инженерия поверхности, новые порошковые композиционные материалы. Сварка» (Минск, Беларусь, годы участия - 2019, 2021 гг.), International Scientific Conference on Materials Science:

Composites, Alloys and Materials Chemistry (MS-CAMC 2019, Санкт-Петербург, 2019 г.), Китайско-Российский форум по развитию технологий аддитивного производства (Харбин, Китай, 2020 г.), международная научно-техническая конференция «Проблемы и перспективы развития двигателестроения» (Самара,

2021 г.), международная научно-практическая конференция «Материаловедение, формообразующие технологии и оборудование» (ICMSSTE 2022, Симферополь,

2022 г.), международная конференция «Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка» (Минск, Беларусь, 2022 г.), международная научно-техническая конференция «Инновационные идеи в машиностроении» (Санкт-Петербург, 2022 г.), XV Всероссийская конференция по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат» (Москва, 2023 г.), международная научно-практическая конференция «Перспективные машиностроительные технологии» (Санкт-Петербург, 2024 г.), XVI международная научно-техническая конференция «Современные проблемы машиностроения» (Томск, 2024 г.), международная научно-практическая конференция «Перспективные машиностроительные технологии» (Санкт-Петербург, 2024 г.).

Публикации

По результатам диссертационной работы опубликовано 52 статьи в рецензируемых журналах, в т.ч. 42 научных публикации, индексируемые базами данных Web of Science и Scopus. Получено 2 патента на изобретения, 3 патента на полезную модель, 3 программы ЭВМ.

Соответствие паспорту научной специальности

Диссертация соответствует паспорту специальности 2.6.5 «Порошковая металлургия и композиционные материалы» в части пунктов:

П. 2. Исследование и моделирование физико-химических процессов получения полуфабрикатов и изделий из порошковых, композиционных материалов с металлической, углеродной, керамической матрицей и армирующими компонентами различной неорганической природы, разработка оборудования и технологий.

П. 4. Получение новых материалов с высокими физико-механическими и физико-химическими характеристиками методами высокоэнергетической консолидации с помощью потоков заряженных и нейтральных частиц.

П. 5. Изучение структуры и свойств порошковых, композиционных материалов, покрытий и модифицированных слоев на полуфабрикатах и изделиях, исследование процессов направленной кристаллизации изделий из порошковых и композиционных материалов, разработка технологий и оборудования.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ АДДИТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Согласно действующим российским [1] и международным [2] регламентирующим документам, существует 7 основных типов аддитивного производства:

• струйное нанесение связующего (binder jetting): Процесс АП, в котором порошковые материалы соединяются выборочным нанесением жидкого связующего;

• прямой подвод энергии и материала (directed energy deposition): Процесс АП, в котором энергия от внешнего источника используется для соединения материалов путем их сплавления в процессе нанесения;

• экструзия материала (material extrusion): Процесс АП, в котором материал выборочно подается через сопло или жиклер;

• струйное нанесение материала (material jetting): Процесс АП, в котором изготовление объекта осуществляют нанесением капель строительного материала;

• синтез на подложке (powder bed fusion): Процесс АП, в котором энергия от внешнего источника используется для избирательного спекания/сплавления предварительно нанесенного слоя порошкового материала;

• листовая ламинация (sheet lamination): Процесс АП, в котором изготовление детали осуществляется послойным соединением листовых материалов;

• фотополимеризация в ванне (vat photopolymerization): Процесс АП, в котором жидкий фотополимер выборочно отверждается (полимеризуется) в ванне световым излучением.

Между тем количество технологических реализации АП гораздо больше, практически каждый производитель оборудования АП имеет отличительные особенности своих установок, а также старается подчеркнуть свои решения и придумать название своей технологии. В этой связи зачастую возникает путаница

в терминологии и отнесении той или иной технологии к корректному типу процесса АП.

Согласно стандартам АП также разделяются на одношаговый и многошаговые процессы. Редко бывает, чтобы производство готового изделия было полностью закончено с использованием одной технологической операции. Обычно для достижения необходимой геометрической формы и свойств требуется серия операций и подпроцессов. Однако, в контексте АП, существует различие между операциями, которые необходимы для процесса АП, и операциями, которые в большей степени зависят от изделия и применения, а также операциями последующей обработки. Основным принципом процессов АП является формирование трехмерных деталей путем последовательного добавления материала. В зависимости от процесса детали могут приобретать базовую геометрию и основные свойства предполагаемого материала на одном технологическом этапе, т.е. одношаговый процесс, или приобретают геометрию на первичном технологическом этапе, а затем приобретают основные свойства предполагаемого материала во вторичном технологическом процессе этап, т.е. многошаговый процесс; см. рисунок 1.1.

(^МеталпьГ^) (^ПолимерьГ^) (^Керамика^) (^КомпозитьГ

(^МеталльГ^) ^^Керамиха^) (^Композиты

Рисунок 1.1 - Принципы одношаговых и многошаговых процессов АП [2]

Например, объект приобретает базовую геометрию путем соединения порошка со связующим на начальном этапе процесса, который за этим следует уплотнение материала путем спекания, с пропиткой (инфильтрацией) или без нее,

на последующих стадиях процесса. В зависимости от конечного применения, как одноступенчатая, так и многоступенчатая обработка может потребовать одной или нескольких дополнительных операций последующей обработки, таких как термообработка (включая горячее изостатическое прессование), чистовая механическая обработка и другие, для получения всех желаемых характеристик конечного продукта.

На текущий момент наиболее востребованными технологиями АП являются те, что используют в качестве исходных материалов порошки. По сути, данные технологии представляют новый виток развития технологий порошковой металлургии с повышенным уровнем автоматизации процессов изготовления с использованием компьютерных моделей, подготовки порошковых материалов и его переработки.

1.1 Технологии аддитивного производства из металлических порошков

На рисунке 1.2 представлена схема разделения существующих технологических решений для аддитивного производства изделий с использованием порошкового сырья.

Рисунок 1.2 - Технологические решения для аддитивного производства изделий

из порошковых материалов [3]

Как видно из представленной схемы наиболее популярными решениями для АП из порошковых материалов являются одношаговые процессы синтеза на подложке, прямой подачи энергии и материала, среди многошаговых процессов выделяются струйное нанесение связующего и фотополимеризация в ванне.

Исследования, разработки и применение АП в основном сфокусированы на металлах и сплавах на основе титана, никеля, алюминия и сталей различного класса (рисунок 1.3).

Рисунок 1.3 - Структура рынка порошков металлических сплавов для АП [4]

Для процесса АП синтеза на подложке распространение получили технологии, использующие в качестве энергии лазер или электронный луч, причем производителей оборудования и распространение технологий, использующих лазеры, значительно больше.

Селективное лазерное плавление.

К таким лазерным технологиям АП процесса синтеза на подложке относится селективное лазерное плавление (с англ. selective laser melting, SLM), которая согласно стандартам [5,6] также именуется как селективное лазерное сплавление, однако во избежание путаницы со схожей по названию технологией селективное лазерное спекание, особенно при использовании сокращенного наименования -СЛС, работающей как правило с полимерными порошковыми материалами здесь и далее будет использоваться наименование технологии селективное лазерное плавление и соответствующее сокращение - СЛП. Реализация технологии СЛП заключается в расплавлении частиц порошка на заранее сформированном порошковом слое за счет энергии сфокусированного луча лазера перемещающегося согласно геометрии сечения детали соответствующего слоя. На рисунке 1.4 представлена схема СЛП.

Разравнивающее устройство --Плита

Устройство для нанесения слоя

Рисунок 1.4 - Принципиальная схема СЛП [7]

Перемещение лазера по поверхности порошкового слоя реализуется за счет оптической системы, в составе которой зеркалами производится прецизионное программируемое отклонение луча, в некоторых случаях оптические системы также оснащены возможностью изменения фокусного расстояния формируемого лазерного луча. После окончания лазерной обработки текущего слоя, платформа построения опускается на величину толщины слоя, с помощью устройства для нанесения формируется равномерный слой порошка и процесс лазерной обработки повторяется с новыми данными по геометрии сечения детали соответствующего слоя. Развитие технологии СЛП и оборудования для ее реализации в последнее время направлено на увеличение производительности, что привело к появлению установок, в которых одновременно функционируют до 64 лазеров с размерами изготавливаемых изделий 2х2х2 м [8].

В качестве исходного материала в СЛП используется металлический порошок. Его технологические свойства, параметры изготовления изделий, а также особенности конструкции установки определяют качество формируемого порошкового слоя. Гранулометрический состав порошкового материала, в частности, оказывает влияние на проходимость порошка по составным элементам установки, на минимальную толщину слоя, а также на формируемую плотность засыпки порошка при послойном ее формировании.

Производители систем аддитивного производства дают различные требования к гранулометрическому составу порошковых материалов, которые в первую очередь зависят от типа материала (его плотности), используемой схемы формирования слоя (подача порошка сверху или снизу), типа и конструкции разравнивающего устройства (ролик, ракель, материал ракеля - эластичный, твердый, щеточный). Общие требования к гранулометрическому составу как правило описываются интервалом ёю-ё90, указанию среднего размера частиц ё50 и характером распределения частиц по размерам, типичное требование к характеру распределения - одномодальное, нормальное (Гауссово), к распределению частиц по размерам 10-45, 20-63, 20-40, 10-63 мкм в зависимости от типа сплава (для менее плотных материалов, таких как сплавы на основе алюминия и иногда титана применяется диапазон 20-63 мкм, поскольку наличие частиц малого размера значительно ухудшают технологические характеристики порошка, для более плотных материалов возможно применение порошков с более широким интервалом распределения частиц по размерам.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Суфияров Вадим Шамилевич, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ Р 57558-2017 Аддитивные технологические процессы. Базовые принципы. Часть 1. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2017. 16 c.

2. ISO/ASTM 52900:2021 Additive manufacturing — General principles — Fundamentals and vocabulary [Electronic resource]. URL: https://www.iso.org/standard/74514.html (accessed: 06.02.2025).

3. Metal Additive Manufacturing and Metal 3D printing [Electronic resource] // AMPOWER. URL: https://ampower.eu/infographics/metal-additive-manufacturing/ (accessed: 02.03.2024).

4. Трубашевский Д.С., Смокота Е.Г., Фадеев Д.С. Рынок технологий аддитивного производства РФ: Отчет маркетингового исследования. Москва: Клуб аддитивных технологий, 2024.

5. ГОСТ Р 59036-2020 Производство на основе селективного лазерного сплавления металлических порошков. Общие положения. М.: Стандартинформ, 2020. 24 c.

6. ГОСТ Р 59184-2020 Оборудование для селективного лазерного сплавления. М.: Стандартинформ, 2020. 20 c.

7. Mullen L. et al. Selective laser melting: A unit cell approach for the manufacture of porous, titanium, bone in-growth constructs, suitable for orthopedic applications. II. Randomized structures.

8. Setting Higher Limits Again: Eplus3D Introduces EP-M2050 up to 64 Lasers for High-Speed Printing [Electronic resource] // Eplus3D. URL: https://www.eplus3d.com/setting-higher-limits-again-eplus3d-introduces-ep-m2050-up-to-64-lasers-for-high-speed-printing.html (accessed: 07.02.2025).

9. Shrestha S., Manogharan G. Optimization of Binder Jetting Using Taguchi Method // JOM. 2017. Vol. 69, № 3. P. 491-497.

10. Ziegelmeier S. et al. An experimental study into the effects of bulk and flow behaviour of laser sintering polymer powders on resulting part properties // Journal of Materials Processing Technology. 2015. Vol. 215. P. 239-250.

11. Du W. et al. Binder Jetting Additive Manufacturing of Ceramics: A Literature Review. American Society of Mechanical Engineers Digital Collection, 2018.

12. Mostafaei A. et al. Binder jet 3D printing—Process parameters, materials, properties, modeling, and challenges // Progress in Materials Science. 2021. Vol. 119. P. 100707.

13. Salehi M. et al. Inkjet Based 3D Additive Manufacturing of Metals. Materials Research Forum LLC, 2018. 157 p.

14. Non-Laser Based Processes [Electronic resource] // FLOW-3D. URL: https://www.flow3d.com/products/flow3d-am/non-laser-based-processes/ (accessed: 07.02.2025).

15. Vlasea M., Pilliar R., Toyserkani E. Control of structural and mechanical properties in bioceramic bone substitutes via additive manufacturing layer stacking orientation // Additive Manufacturing. 2015. Vol. 6. P. 30-38.

16. Jansen M. High Performance Non-Oxide Ceramics II. Springer, 2003. 180 p.

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

Ziaee M., Crane N.B. Binder jetting: A review of process, materials, and methods // Additive Manufacturing. 2019. Vol. 28. P. 781-801.

Zocca A. et al. Additive Manufacturing of Ceramics: Issues, Potentialities, and Opportunities.

ГОСТ Р 57588-2021 Аддитивные технологии. Оборудование для аддитивных технологических процессов. Общие требования. М.: Стандартинформ, 2021. 12 c.

ГОСТ Р 57589-2017 Аддитивные технологические процессы. Базовые принципы - часть 2. Материалы для аддитивных технологических процессов. Общие требования. М.: Стандартинформ, 2017. 12 c. Valera-Jiménez J.F. et al. Additive Manufacturing of Functional Ceramics. ISO/ASTM TR 52912:2020 Additive manufacturing — Design — Functionally graded additive manufacturing [Electronic resource]. URL: https://www.iso.org/standard/71905.html (accessed: 07.02.2025). Pusateri V. et al. Quantitative sustainability assessment of metal additive manufacturing: A systematic review // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2024. Vol. 49. P. 95-110.

Cheng B. et al. Computational Investigation of Melt Pool Process Dynamics and Pore Formation in Laser Powder Bed Fusion // J. of Materi Eng and Perform. 2019. Vol. 28, № 11. P. 6565-6578.

Prashanth K.G. et al. Production of high strength Al85Nd8Ni5Co2 alloy by selective laser melting // Additive Manufacturing. 2015. Vol. 6. P. 1-5. Sasan D. et al. Selective Laser Melting to Manufacture "In Situ" Metal Matrix Composites: A Review // Advanced Engineering Materials. Wiley, 2019. Vol. 21, № 3.

Murr L.E. et al. Metal Fabrication by Additive Manufacturing Using Laser and Electron Beam Melting Technologies // Journal of Materials Science & Technology. 2012. Vol. 28, № 1. P. 1-14.

Costa M.M. et al. Corrosion behaviour of PEEK or y#-TCP-impregnated Ti6Al4V SLM structures targeting biomedical applications // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019. Vol. 29, № 12. P. 2523-2533. Zhang L.C. et al. Manufacture by selective laser melting and mechanical behavior of a biomedical Ti-24Nb-4Zr-8Sn alloy // Scripta Materialia. 2011. Vol. 65, № 1. P. 21-24.

Thijs L. et al. A study of the microstructural evolution during selective laser melting of Ti-6Al-4V // Acta Materialia. 2010. Vol. 58, № 9. P. 3303-3312. Prashanth K.G. et al. Microstructure and mechanical properties of Al-12Si produced by selective laser melting: Effect of heat treatment // Materials Science and Engineering: A. 2014. Vol. 590. P. 153-160.

Kimura T., Nakamoto T. Thermal and Mechanical Properties of Commercial-Purity Aluminum Fabricated Using Selective Laser Melting // Materials Transactions. 2017. Vol. 58, № 5. P. 799-805.

Kimura T. et al. In-Process Fabrication of Carbon-Dispersed Aluminum Matrix Composite Using Selective Laser Melting: 5 // Metals. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2020. Vol. 10, № 5. P. 619.

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

47

48

49

Kimura T., Nakamoto T. Microstructures and mechanical properties of A356 (AlSi7Mg0.3) aluminum alloy fabricated by selective laser melting // Materials & Design. 2016. Vol. 89. P. 1294-1301.

Zhang J. et al. A review of selective laser melting of aluminum alloys: Processing, microstructure, property and developing trends // Journal of Materials Science & Technology. 2019. Vol. 35, № 2. P. 270-284.

Zhang L.-C., Attar H. Selective Laser Melting of Titanium Alloys and Titanium

Matrix Composites for Biomedical Applications: A Review.

Fan H., Yang S. Effects of direct aging on near-alpha Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-

6242) titanium alloy fabricated by selective laser melting (SLM) // Materials

Science and Engineering: A. 2020. Vol. 788. P. 139533.

Ataee A. et al. Ultrahigh-strength titanium gyroid scaffolds manufactured by

selective laser melting (SLM) for bone implant applications // Acta Materialia.

2018. Vol. 158. P. 354-368.

Wysocki B. et al. Microstructure and mechanical properties investigation of CP titanium processed by selective laser melting (SLM) // Journal of Materials Processing Technology. 2017. Vol. 241. P. 13-23.

Wang Z. et al. Optimization of processing parameters and establishment of a relationship between microstructure and mechanical properties of SLM titanium alloy // Optics & Laser Technology. 2019. Vol. 112. P. 159-167. Kale A.B. et al. Effect of initial microstructure on the deformation heterogeneities of 316L stainless steels fabricated by selective laser melting processing // Journal of Materials Research and Technology. 2020. Vol. 9, № 4. P. 8867-8883. Luo C., Zhang Y. Effect of printing orientation on anisotropic properties in resistance spot welded 316L stainless steels via selective laser melting // Materials Letters. 2019. Vol. 254. P. 237-241.

Casati R. et al. Microstructure and mechanical behavior of hot-work tool steels processed by Selective Laser Melting // Materials Characterization. 2018. Vol. 137. P. 50-57.

Starr T.L. et al. Controlling Phase Composition in Selective Laser Melted Stainless Steels. University of Texas at Austin, 2012.

Wang X. et al. Microstructure and yield strength of SLM-fabricated CM247LC Ni-Superalloy // Acta Materialia. 2017. Vol. 128. P. 87-95. Yang J. et al. Microstructure and grain growth direction of SRR99 single-crystal superalloy by selective laser melting // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 808. P. 151740.

Wang H., Lim J.Y. Metal-ceramic bond strength of a cobalt chromium alloy for dental prosthetic restorations with a porous structure using metal 3D printing // Computers in Biology and Medicine. 2019. Vol. 112. P. 103364. Ganbold B. et al. Human Stem Cell Responses and Surface Characteristics of 3D Printing Co-Cr Dental Material: 20 // Materials. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2019. Vol. 12, № 20. P. 3419.

Vilaro T., Colin C., Bartout J.D. As-Fabricated and Heat-Treated Microstructures of the Ti-6Al-4V Alloy Processed by Selective Laser Melting // Metall Mater Trans A. 2011. Vol. 42, № 10. P. 3190-3199.

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

63

64

Brandl E. et al. Additive manufactured AlSi10Mg samples using Selective Laser Melting (SLM): Microstructure, high cycle fatigue, and fracture behavior // Materials & Design. 2012. Vol. 34. P. 159-169.

Gorny B. et al. In situ characterization of the deformation and failure behavior of non-stochastic porous structures processed by selective laser melting // Materials Science and Engineering: A. 2011. Vol. 528, № 27. P. 7962-7967. Murr L.E. et al. Characterization of titanium aluminide alloy components fabricated by additive manufacturing using electron beam melting // Acta Materialia. 2010. Vol. 58, № 5. P. 1887-1894.

Leuders S. et al. On the mechanical behaviour of titanium alloy TiAl6V4 manufactured by selective laser melting: Fatigue resistance and crack growth performance // International Journal of Fatigue. 2013. Vol. 48. P. 300-307. Tomus D. et al. Controlling the Microstructure of Hastelloy-X Components Manufactured by Selective Laser Melting // Physics Procedia. 2013. Vol. 41. P. 823-827.

Engeli R. et al. Processability of different IN738LC powder batches by selective laser melting // Journal of Materials Processing Technology. 2016. Vol. 229. P. 484-491.

Averyanova M., Bertrand ,Ph., and Verquin B. Studying the influence of initial powder characteristics on the properties of final parts manufactured by the selective laser melting technology: A detailed study on the influence of the initial properties of various martensitic stainless steel powders on the final microstructures and mechanical properties of parts manufactured using an optimized SLM process is reported in this paper // Virtual and Physical Prototyping. Taylor & Francis, 2011. Vol. 6, № 4. P. 215-223.

Kempen K. et al. Process Optimization and Microstructural Analysis for Selective Laser Melting of AlSi10Mg. University of Texas at Austin, 2011. Liu B. et al. Investigation the Effect of Particle Size Distribution on Processing Parameters Optimisation in Selective Laser Melting Process. University of Texas at Austin, 2011.

Niu H.J., Chang I.T.H. Selective laser sintering of gas and water atomized high speed steel powders // Scripta Materialia. 1999. Vol. 41, № 1. P. 25-30. Cacace S., Semeraro Q. Influence of the atomization medium on the properties of stainless steel SLM parts // Additive Manufacturing. 2020. Vol. 36. P. 101509. Suryanarayana C. Mechanical alloying and milling // Progress in Materials Science. 2001. Vol. 46, № 1. P. 1-184.

Mazumder J. et al. Closed loop direct metal deposition: art to part // Optics and Lasers in Engineering. 2000. Vol. 34, № 4. P. 397-414. Chen D. et al. Characteristics of Metal Specimens Formed by Selective Laser Melting: A State-of-the-Art Review // J. of Materi Eng and Perform. 2021. Vol. 30, № 10. P. 7073-7100.

Gu H. et al. Effects of Powder Variation on the Microstructure and Tensile Strength of Ti6Al4V Parts Fabricated by Selective Laser Melting. University of Texas at Austin, 2014.

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

Baitimerov R. et al. Influence of Powder Characteristics on Processability of AlSi12 Alloy Fabricated by Selective Laser Melting: 5 // Materials. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2018. Vol. 11, № 5. P. 742. ASTM A240 Standard Specification for Chromium and Chromium-Nickel Stainless Steel Plate, Sheet, and Strip for Pressure Vessels and for General Applications [Electronic resource]. URL: https://www.astm.org/a0240_a0240m-24b.html (accessed: 05.03.2025).

Boulos M.I., Fauchais P., Pfender E. Thermal Plasmas. Boston, MA: Springer US, 1994. 452 p.

Lu L. et al. Ultrahigh Strength and High Electrical Conductivity in Copper // Science. American Association for the Advancement of Science, 2004. Nagesha A. et al. Microstructural investigations into the low cycle fatigue deformation of a Cu-Cr-Zr-Ti alloy // Materials Science and Engineering: A. 2013. Vol. 582. P. 91-95.

Zhang D., Liu Z., Chua C. Investigation on forming process of copper alloys via Selective Laser Melting // Proceedings of the 6th International Conference on Advanced Research in Virtual and Rapid Prototyping. Leiria, Portugal, 2013. P. 285.

Liu Z.H. et al. Interfacial characterization of SLM parts in multi-material processing: Metallurgical diffusion between 316L stainless steel and C18400 copper alloy // Materials Characterization. 2014. Vol. 94. P. 116-125. Zhu G. et al. Investigation on the Surface Properties of 5A12 Aluminum Alloy after Nd: YAG Laser Cleaning: 9 // Coatings. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2019. Vol. 9, № 9. P. 578.

Popovich A. et al. Microstructure and mechanical properties of additive manufactured copper alloy // Materials Letters. 2016. Vol. 179. P. 38-41. Liu Z.H. et al. Interfacial characterization of SLM parts in multi-material processing: Metallurgical diffusion between 316L stainless steel and C18400 copper alloy // Materials Characterization. 2014. Vol. 94. P. 116-125. Scudino S. et al. Additive manufacturing of Cu-10Sn bronze // Materials Letters. 2015. Vol. 156. P. 202-204.

Becker D., Wissenbach K. Fraunhofer ILT annual report: Additive manufacturing of copper components. Aachen, Germany: Fraunhofer ILT, 2009. ASTM F2924-1, Standard Specification for Additive Manufacturing Titanium-6 Aluminum-4 Vanadium with Powder Bed Fusion [Electronic resource]. URL: https://www.astm.org/f2924-14r21.html (accessed: 05.03.2025). ISO 5832-3:2016 Implants for surgery — Metallic materials — Part 3: Wrought titanium 6-aluminium 4-vanadium alloy [Electronic resource]. URL: https://www.iso.org/standard/66637.html (accessed: 05.03.2025). Nagarajan B. et al. Development of Micro Selective Laser Melting: The State of the Art and Future Perspectives // Engineering. 2019. Vol. 5, № 4. P. 702-720. ZHANG Nan Z.H. Tensile Mechanical Properties of Micro-Selective Laser Melted 316L Stainless Steel // Acta Metall Sin. 2022. Vol. 60, № 2. P. 211-219.

81

82

83

84

85

86

87

88

89

90

91

92

93

94

95

96

Ring beams change the game for powder-bed fusion — nLIGHT [Electronic resource] // nLIGHT. URL: https://www.nlight.net/articles-content/ring-beams-change-the-game-for-powder-bed-fusion-nedmx (accessed: 05.03.2025). Bi J. et al. Beam shaping technology and its application in metal laser additive manufacturing: A review // Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 26. P. 4606-4628.

Grunewald J., Reimann J., Wudy K. Influence of ring-shaped beam profiles on spatter characteristics in laser-based powder bed fusion of metals // Journal of Laser Applications. 2023. Vol. 35, № 4. P. 042009.

Grunewald J. et al. Generating brick-like melt pools for Laser-Based Powder Bed Fusion using flexible beam shaping: a proof of concept on bead-on-plate single tracks // Procedia CIRP. 2024. Vol. 124. P. 746-750.

Holla V. et al. Laser beam shape optimization in powder bed fusion of metals // Additive Manufacturing. 2023. Vol. 72. P. 103609.

Seurat | Area Printing | Metal Additive Manufacturing | 3D Printing [Electronic resource] // Seurat. URL: https://www.seurat.com/area-printing (accessed: 07.03.2025).

Le K.Q., Tang C., Wong C.H. On the study of keyhole-mode melting in selective laser melting process // International Journal of Thermal Sciences. 2019. Vol. 145. P. 105992.

Conduction Mode vs. Keyhole Mode Laser Welding [Electronic resource] // EWI. URL: https://ewi.org/conduction-mode-vs-keyhole-mode-laser-welding/ (accessed: 05.03.2025).

Wei H.L. et al. Mechanistic models for additive manufacturing of metallic components // Progress in Materials Science. 2021. Vol. 116. P. 100703. Sufiyarov V.Sh. et al. Control of structure formation in selective laser melting process // Tsvetnye Metally. 2018. P. 68-74.

Popovich V.A., Borisov E.V., Sufiiarov V.Sh. et al. Functionally graded Inconel 718 processed by additive manufacturing: Crystallographic texture, anisotropy of microstructure and mechanical properties // Materials & Design. 2017. Vol. 114. P. 441-449.

Popovich V.A., Borisov E.V., Sufiiarov V.Sh. et al. Impact of heat treatment on mechanical behaviour of Inconel 718 processed with tailored microstructure by selective laser melting // Materials & Design. 2017. Vol. 131. P. 12-22. Metelkova J. et al. On the influence of laser defocusing in Selective Laser Melting of 316L // Additive Manufacturing. 2018. Vol. 23. P. 161-169. McLouth T.D. et al. The effect of laser focus shift on microstructural variation of Inconel 718 produced by selective laser melting // Materials & Design. 2018. Vol. 149. P. 205-213.

Borisov E.V., Popovich V.A., Sufiiarov V.Sh. et al. Selective laser melting of Inconel 718 under high laser power // Materials Today: Proceedings. 2020. Vol. 30. P. 784-788.

Khmyrov R.S., Ableeva R.R., Gusarov A.V. Metallographic study of denudation in laser powder-bed fusion // Procedia CIRP. 2020. Vol. 94. P. 194-199.

97. Amiri M., Payton E.J. An analytical model for prediction of denudation zone width in laser powder bed fusion additive manufacturing // Additive Manufacturing. 2021. Vol. 48. P. 102461.

98. Amano H. et al. Effect of a helium gas atmosphere on the mechanical properties of Ti-6Al-4V alloy built with laser powder bed fusion: A comparative study with argon gas // Additive Manufacturing. 2021. Vol. 48. P. 102444.

99. Nong X.D., Zhou X.L., Ren Y.X. Fabrication and characterization of Fe-based metallic glasses by Selective Laser Melting // Optics & Laser Technology. 2019. Vol. 109. P. 20-26.

100. Jiang Q. et al. Influence of the microstructure on mechanical properties of SLM additive manufacturing Fe-based bulk metallic glasses // Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 894. P. 162525.

101.Zrodowski L. et al. New approach to amorphization of alloys with low glass forming ability via selective laser melting // Journal of Alloys and Compounds.

2019. Vol. 771. P. 769-776.

102.Zrodowski L. et al. The Novel Scanning Strategy For Fabrication Metallic Glasses By Selective Laser Melting // 3rd Fraunhofer Direct Digital Manufacturing Conference. Berlin, Germany, 2016.

103.Boehlert C.J. et al. Part I. The microstructural evolution in Ti-Al-Nb O+Bcc orthorhombic alloys // Metall Mater Trans A. 1999. Vol. 30, № 9. P. 2305-2323.

104.Polozov I., Popovich A., Sufiiarov V. Effects of heat treatment and hot isostaTic pressing on microstructure and mechanical properties of Ti2AlNb-based alloy fabricated by slm // Conference Proceedings METAL 2021 - 30th Anniversary International Conference on Metallurgy and Materials. 2021. P. 948-952.

105.Polozov I., Sufiiarov V. et al. Microstructure, densification, and mechanical properties of titanium intermetallic alloy manufactured by laser powder bed fusion additive manufacturing with high-temperature preheating using gas atomized and mechanically alloyed plasma spheroidized powders // Additive Manufacturing.

2020. Vol. 34. P. 101374.

106.Polozov I., Sufiiarov V. et al. Mitigating Inhomogeneity and Tailoring the Microstructure of Selective Laser Melted Titanium Orthorhombic Alloy by Heat Treatment, Hot Isostatic Pressing, and Multiple Laser Exposures // Materials. 2021. Vol. 14, № 17. P. 4946.

107.Kurz W., Fisher D.J. Fundamentals of Solidification. Trans Tech Publications, 1998. 305 p.

108. Porter D.A., Easterling K.E., Easterling K.E. Phase Transformations in Metals and Alloys (Revised Reprint). 3rd ed. Boca Raton: CRC Press, 2009. 536 p.

109. Горунов А.И. Разработка научно-технологических основ создания материалов с повышенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами методом ПЛНМ: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Казань: Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева-КАИ, 2020. 267 с.

110. Zhang G. et al. Electrically assisted continuous vat photopolymerization 3D printing for fabricating high-performance ordered graphene/polymer composites // Composites Part B: Engineering. 2023. Vol. 250. P. 110449.

111. Younes H. et al. Magnetic-field-assisted DLP stereolithography for controlled production of highly aligned 3D printed polymer-Fe3O4@graphene nanocomposites // Materials Research Bulletin. 2022. Vol. 154. P. 111938.

112. Sarkar A. et al. Functionalizing magnet additive manufacturing with in-situ magnetic field source // Additive Manufacturing. 2020. Vol. 34. P. 101289.

113. Zhao R. et al. Enhanced mechanical properties of Ti6Al4V alloy fabricated by laser additive manufacturing under static magnetic field // Materials Research Letters. Taylor & Francis, 2022. Vol. 10, № 8. P. 530-538.

114. Gu D. Laser Additive Manufacturing of High-Performance Materials. Springer, 2015. 322 p.

115.Casalino G. et al. Experimental investigation and statistical optimisation of the selective laser melting process of a maraging steel // Optics & Laser Technology. 2015. Vol. 65. P. 151-158.

116. Sun J., Yang Y., Wang D. Parametric optimization of selective laser melting for forming Ti6Al4V samples by Taguchi method // Optics & Laser Technology. 2013. Vol. 49. P. 118-124.

117.Raghavan S. et al. Effect of different heat treatments on the microstructure and mechanical properties in selective laser melted INCONEL 718 alloy // Materials and Manufacturing Processes. Taylor & Francis, 2017. Vol. 32, № 14. P. 15881595.

118. Yilbas B.S. et al. Laser treatment of Inconel 718 alloy and surface characteristics // Optics & Laser Technology. 2016. Vol. 78. P. 153-158.

119. Song K.H., Nakata K. Microstructure and Mechanical Properties of Friction Stir Welded Inconel 718 Alloy.

120.Chang S.-H. In situ TEM observation of y', y" and 5 precipitations on Inconel 718 superalloy through HIP treatment // Journal of Alloys and Compounds. 2009. Vol. 486, № 1. P. 716-721.

121. Benjamin J.S. Dispersion strengthened superalloys by mechanical alloying // Metall Trans. 1970. Vol. 1, № 10. P. 2943-2951.

122.Razavi S.H. et al. Improvement of age-hardening process of a nickel-base superalloy, IN738LC, by induction aging // Journal of Materials Science. 2002. Vol. 37, № 7. P. 1461-1471.

123. Singh P.N., Singh V. Influence of ageing treatment on work hardening behaviour of a Ni-base superalloy // Scripta Materialia. 1996. Vol. 34, № 12. P. 1861-1865.

124.de Souza G.R.X. et al. Work hardening and aging contribution on the mechanical properties of X-750 nickel-based superalloy // Materials Science and Engineering: A. 2013. Vol. 564. P. 102-106.

125. Slama C., Abdellaoui M. Structural characterization of the aged Inconel 718 // Journal of Alloys and Compounds. 2000. Vol. 306, № 1. P. 277-284.

126.Candioto K.C.G. et al. Characterization of the Superalloy Inconel 718 After Double Aging Heat Treatment // Mechanical and Materials Engineering of Modern Structure and Component Design / ed. Ochsner A., Altenbach H. Cham: Springer International Publishing, 2015. P. 293-300.

127. Slama C., Servant C., Cizeron G. Aging of the Inconel 718 alloy between 500 and 750 °C // Journal of Materials Research. 1997. Vol. 12, № 9. P. 2298-2316.

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

Thomas A. et al. High temperature deformation of Inconel 718 // Journal of Materials Processing Technology. 2006. Vol. 177, № 1. P. 469-472. Cozar R., Pineau A. Morphology of y' and y" precipitates and thermal stability of inconel 718 type alloys // Metall Trans. 1973. Vol. 4, № 1. P. 47-59. Sundararaman M., Mukhopadhyay P., Banerjee S. Precipitation of the 5-Ni3Nb phase in two nickel base superalloys // Metall Trans A. 1988. Vol. 19, № 3. P. 453465.

Sundararaman M., Mukhopadhyay P., Banerjee S. Precipitation and room temperature deformation behaviour of Inconel 718 // superalloys. 1994. Vol. 718, № 625. P. 419-440.

Kong D. et al. Effect of TiC content on the mechanical and corrosion properties of Inconel 718 alloy fabricated by a high-throughput dual-feed laser metal deposition system // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 803. P. 637-648. Hong C. et al. Laser metal deposition of TiC/Inconel 718 composites with tailored interfacial microstructures // Optics & Laser Technology. 2013. Vol. 54. P. 98-109. Zhang H. et al. Anisotropic corrosion resistance of TiC reinforced Ni-based composites fabricated by selective laser melting // Journal of Materials Science & Technology. 2019. Vol. 35, № 6. P. 1128-1136.

Xia M. et al. Microstructure evolution, mechanical response and underlying thermodynamic mechanism of multi-phase strengthening WC/Inconel 718 composites using selective laser melting // Journal of Alloys and Compounds. 2018. Vol. 747. P. 684-695.

Kim S.H. et al. Thermo-mechanical improvement of Inconel 718 using ex situ boron nitride-reinforced composites processed by laser powder bed fusion // Sci Rep. Nature Publishing Group, 2017. Vol. 7, № 1. P. 14359. Tang B. et al. Effects of Process Parameters on Geometrical Characteristics, Microstructure and Tribological Properties of TiB2 Reinforced Inconel 718 Alloy Composite Coatings by Laser Cladding // Coatings. 2020. Vol. 10, № 1. Bonatti R.S. et al. Distinct Alp/Sip composites affecting its densification and mechanical behavior // Journal of Alloys and Compounds. 2018. Vol. 757. P. 434447.

Bouvard D. Densification behaviour of mixtures of hard and soft powders under pressure // Powder Technology. 2000. Vol. 111, № 3. P. 231-239. Meyer Y.A. et al. Electrochemical behavior and compressive strength of Al-Cu/xCu composites in NaCl solution // J Solid State Electrochem. 2021. Vol. 25, № 4. P. 1303-1317.

Ma K., Lavernia E.J., Schoenung J.M. Particulate reinforced aluminum alloy matrix composites - A review on the effect of microconstituents // Reviews on Advanced Materials Science. 2017. Vol. 48, № 2. P. 91-104.

Sahoo C.K., Masanta M. Microstructure and mechanical properties of TiC-Ni coating on AISI304 steel produced by TIG cladding process // Journal of Materials Processing Technology. 2017. Vol. 240. P. 126-137. Wang Y., Shi J., Wang Y. Reinforcing Inconel 718 Superalloy by Nano-TiC Particles in Selective Laser Melting. American Society of Mechanical Engineers Digital Collection, 2015.

144. Wang Y. et al. Solution and Aging Treatments of Inconel 718/TiC Nanocomposite From Selective Laser Melting. American Society of Mechanical Engineers Digital Collection, 2016.

145. Yu W.H. et al. Particle-reinforced metal matrix nanocomposites fabricated by selective laser melting: A state of the art review // Progress in Materials Science. 2019. Vol. 104. P. 330-379.

146. Kong Y., Peng K., Huang H. Additive manufacturing of high-strength Inconel 718 alloy through the addition of Ti2AlC MAX particles // Journal of Materials Science & Technology. 2023. Vol. 158. P. 180-193.

147.Kozar R.W. et al. Strengthening Mechanisms in Polycrystalline Multimodal Nickel-Base Superalloys // Metall Mater Trans A. 2009. Vol. 40, № 7. P. 15881603.

148. Wang Y. et al. Microstructure and mechanical properties of TiN particles strengthened 316L steel prepared by laser melting deposition process // Materials Science and Engineering: A. 2021. Vol. 814. P. 141220.

149. Zhang Z., Chen D.L. Consideration of Orowan strengthening effect in particulate-reinforced metal matrix nanocomposites: A model for predicting their yield strength // Scripta Materialia. 2006. Vol. 54, № 7. P. 1321-1326.

150.Oblak J.M., Paulonis D.F., Duvall D.S. Coherency strengthening in Ni base alloys hardened by DO22 y' precipitates // Metall Trans. 1974. Vol. 5, № 1. P. 143-153.

151.Fukuhara M., Sanpei A. Elastic moduli and internal frictions of Inconel 718 and Ti-6Al-4V as a function of temperature // J Mater Sci Lett. 1993. Vol. 12, № 14. P. 1122-1124.

152.AlMangour B. et al. Novel TiB2-reinforced 316L stainless steel nanocomposites with excellent room- and high-temperature yield strength developed by additive manufacturing // Composites Part B: Engineering. 2019. Vol. 156. P. 51-63.

153. Vogt R. et al. The absence of thermal expansion mismatch strengthening in nanostructured metal-matrix composites // Scripta Materialia. 2009. Vol. 61, № 11. P. 1052-1055.

154.Kim H.-S., Park S.-H. Significant dislocation strengthening of stainless steel 316L via co-directed energy deposition of silica // Materials Science and Engineering: A. 2024. Vol. 891. P. 145948.

155. Vreeling J.A., Ocelik V., De Hosson J.T.M. Ti-6Al-4V strengthened by laser melt injection of WCp particles // Acta Materialia. 2002. Vol. 50, № 19. P. 4913-4924.

156.Huang L.J. et al. Low volume fraction in situ (Ti5Si3 + Ti2C)/Ti hybrid composites with network microstructure fabricated by reaction hot pressing of Ti-SiC system // Composites Science and Technology. 2013. Vol. 82. P. 23-28.

157. Chen W., Boehlert C.J. Texture induced anisotropy in extruded Ti-6Al-4V-xB alloys // Materials Characterization. 2011. Vol. 62, № 3. P. 333-339.

158.Ogunmefun O.A. et al. A critical review of dispersion strengthened titanium alloy fabricated through spark plasma sintering techniques // Journal of Alloys and Compounds. 2023. Vol. 960. P. 170407.

159. Yoshimura T. et al. Mechanical Properties of Oxide Dispersion Strengthened Pure Titanium Produced by Powder Metallurgy Method // Materials Science Forum. Trans Tech Publications Ltd, 2010. Vol. 654-656. P. 815-818.

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

Li S. et al. Powder metallurgy Ti-TiC metal matrix composites prepared by in situ reactive processing of Ti-VGCFs system // Carbon. 2013. Vol. 61. P. 216-228. Gu D. et al. Selective Laser Melting of in-situ TiC/Ti5Si3 composites with novel reinforcement architecture and elevated performance // Surface and Coatings Technology. 2011. Vol. 205, № 10. P. 3285-3292.

Attar H. et al. Mechanical behavior of porous commercially pure Ti and Ti-TiB composite materials manufactured by selective laser melting // Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 625. P. 350-356.

Attar H. et al. Effect of Powder Particle Shape on the Properties of In Situ Ti-TiB Composite Materials Produced by Selective Laser Melting // Journal of Materials Science & Technology. 2015. Vol. 31, № 10. P. 1001-1005. Attar H. et al. Comparative study of microstructures and mechanical properties of in situ Ti-TiB composites produced by selective laser melting, powder metallurgy, and casting technologies // Journal of Materials Research. 2014/06/17 ed. Cambridge University Press, 2014. Vol. 29, № 17. P. 1941-1950. Gu D. et al. Selective laser melting of TiC/Ti bulk nanocomposites: Influence of nanoscale reinforcement // Scripta Materialia. 2012. Vol. 67, № 2. P. 185-188. Gu D. et al. Nanocrystalline TiC reinforced Ti matrix bulk-form nanocomposites by Selective Laser Melting (SLM): Densification, growth mechanism and wear behavior // Composites Science and Technology. 2011. Vol. 71, № 13. P. 16121620.

Jia Q., Gu D. Selective laser melting additive manufacturing of Inconel 718 superalloy parts: Densification, microstructure and properties // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 585. P. 713-721.

Amato K.N. et al. Microstructures and mechanical behavior of Inconel 718 fabricated by selective laser melting // Acta Materialia. 2012. Vol. 60, № 5. P. 2229-2239.

Wang Z. et al. The microstructure and mechanical properties of deposited-IN718 by selective laser melting // Journal of Alloys and Compounds. 2012. Vol. 513. P. 518-523.

Chlebus E. et al. Effect of heat treatment on the microstructure and mechanical properties of Inconel 718 processed by selective laser melting // Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 639. P. 647-655.

Strondl A. et al. Investigations of MX and y'/y" precipitates in the nickel-based superalloy 718 produced by electron beam melting // Materials Science and Engineering: A. 2008. Vol. 480, № 1. P. 138-147.

Kirka M.M. et al. Microstructure Development in Electron Beam-Melted Inconel 718 and Associated Tensile Properties // JOM. 2016. Vol. 68, № 3. P. 1012-1020. Strondl A. et al. Microstructure and mechanical properties of nickel based superalloy IN718 produced by rapid prototyping with electron beam melting (EBM) // Materials Science and Technology. Taylor & Francis, 2011. Vol. 27, № 5. P. 876-883.

Blackwell P.L. The mechanical and microstructural characteristics of laser-deposited IN718 // Journal of Materials Processing Technology. 2005. Vol. 170, № 1. P. 240-246.

175.Petrat T. et al. Microstructure of Inconel 718 parts with constant mass energy input manufactured with direct energy deposition // Procedia Manufacturing. 2019. Vol. 36. P. 256-266.

176.Li M. et al. Metal Binder Jetting Additive Manufacturing: A Literature Review // Journal of Manufacturing Science and Engineering. 2020. Vol. 142, № 090801.

177. Eriksson T. Process Optimization and Characterization of Inconel 718 Manufactured by Metal Binder Jetting. 2021.

178.Nandwana P. et al. Powder bed binder jet 3D printing of Inconel 718: Densification, microstructural evolution and challenges^ // Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2017. Vol. 21, № 4. P. 207-218.

179.Turker M., Godlinski D., Petzoldt F. Effect of production parameters on the properties of IN 718 superalloy by three-dimensional printing // Materials Characterization. 2008. Vol. 59, № 12. P. 1728-1735.

180. Cho S. et al. Microstructure and Properties of TiC-Inconel 718 Metal Matrix Composites Fabricated by Liquid Pressing Infiltration Process // Composites Research. The Korean Society for Composite Materials, 2019. Vol. 32, № 3. P. 158-162.

181. Enrique P.D. et al. In situ formation of metal matrix composites using binder jet additive manufacturing (3D printing) // Materials Letters. 2018. Vol. 232. P. 179182.

182.Hu W. et al. Ti2AlC triggered in-situ ultrafine TiC/Inconel 718 composites: Microstructure and enhanced properties // Journal of Materials Science & Technology. 2020. Vol. 51. P. 70-78.

183. Order MetcoAdd 718C Additive Manufacturing Powder Online at myMetco [Electronic resource]. URL: https://mymetco-europe.oerlikon.com/en-us/product/metcoadd718c (accessed: 19.03.2025).

184. Sicre-Artalejo J. et al. HIGH-DENSITY INCONEL 718: THREE-DIMENSIONAL PRINTING COUPLED WITH HOT ISOSTATIC PRESSING. // International Journal of Powder Metallurgy. 2008. Vol. 44, № 1.

185. Luu D.N. et al. Mitigation of solute segregation during solutionization of selective laser melted Inconel 718 through micron-TiC addition // Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 897. P. 163224.

186. Wei C. et al. An overview of laser-based multiple metallic material additive manufacturing: from macro- to micro-scales // Int. J. Extrem. Manuf. IOP Publishing, 2020. Vol. 3, № 1. P. 012003.

187. Loh G.H. et al. An overview of functionally graded additive manufacturing // Additive Manufacturing. 2018. Vol. 23. P. 34-44.

188. Meyer I. et al. Additive manufacturing of multi-material parts - Design guidelines for manufacturing of 316L/CuCrZr in laser powder bed fusion // Heliyon. Elsevier, 2023. Vol. 9, № 8.

189.Nadimpalli V.K. et al. Multi-material additive manufacturing of steels using laser powder bed fusion: euspen's 19th International Conference & Exhibition // Proceedings of the 19th International Conference and Exhibition (EUSPEN 2019) / ed. Nisbet C. et al. The European Society for Precision Engineering and Nanotechnology, 2019. P. 240-243.

190

191

192

193

194

195

196

197

198

199

200

201

202

203

204

205

Vassilakos A., Giannatsis J., Dedoussis V. Fabrication of parts with heterogeneous structure using material extrusion additive manufacturing // Virtual and Physical Prototyping. Taylor & Francis, 2021. Vol. 16, № 3. P. 267-290. Wits W.W., Amsterdam E. Graded structures by multi-material mixing in laser powder bed fusion // CIRP Annals. 2021. Vol. 70, № 1. P. 159-162. Bartolomeu F. et al. Additive manufacturing of NiTi-Ti6Al4V multi-material cellular structures targeting orthopedic implants // Optics and Lasers in Engineering. 2020. Vol. 134. P. 106208.

Li B. et al. Interface formation and deformation behaviors of an additively manufactured nickel-aluminum-bronze/15-5 PH multimaterial via laser-powder directed energy deposition // Materials Science and Engineering: A. 2022. Vol. 829. P. 142101.

Sing S.L. et al. Perspectives of using machine learning in laser powder bed fusion for metal additive manufacturing // Virtual and Physical Prototyping. Taylor & Francis, 2021. Vol. 16, № 3. P. 372-386.

Wang D. et al. Recent progress on additive manufacturing of multi-material structures with laser powder bed fusion // Virtual and Physical Prototyping. Taylor & Francis, 2022. Vol. 17, № 2. P. 329-365.

Mehrpouya M. et al. Multimaterial powder bed fusion techniques // Rapid Prototyping Journal. Emerald Publishing Limited, 2022. Vol. 28, № 11. P. 1-19. Marques A. et al. 3D multi-material laser powder bed fusion: Ti6Al4V-CuNi2SiCr parts for aerospace applications // Prog Addit Manuf. 2024. Vol. 9, № 2. P. 391400.

Verma A. et al. A Review on Multiplicity in Multi-Material Additive Manufacturing: Process, Capability, Scale, and Structure: 15 // Materials. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2023. Vol. 16, № 15. P. 5246. Liu L. et al. Additive manufacturing of multi-materials with interfacial component gradient by in-situ powder mixing and laser powder bed fusion // Journal of Alloys and Compounds. 2024. Vol. 978. P. 173508.

McDonnell B. et al. Bi-metallic lattice structures manufactured via an intralayer multi-material powder bed fusion method // Additive Manufacturing. 2024. Vol. 89. P. 104301.

Bandyopadhyay A., Heer B. Additive manufacturing of multi-material structures //

Materials Science and Engineering: R: Reports. 2018. Vol. 129. P. 1-16.

Wei C., Li L. Recent progress and scientific challenges in multi-material additive

manufacturing via laser-based powder bed fusion // Virtual and Physical

Prototyping. Taylor & Francis, 2021. Vol. 16, № 3. P. 347-371.

Yan L., Chen Y., Liou F. Additive manufacturing of functionally graded metallic

materials using laser metal deposition // Additive Manufacturing. 2020. Vol. 31. P.

100901.

Chen Y., Liou F. Additive Manufacturing of Metal Functionally Graded Materials: A Review. University of Texas at Austin, 2018.

Wu W., Yang Y., Mao G. Free manufacturing of heterogeneous materials part by selective laser melting // Opt Precis Eng. 2019. Vol. 27, № 3. P. 517-526.

206.Li W., Han B. Research and Application of Functionally Gradient Materials // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. IOP Publishing, 2018. Vol. 394, № 2. P. 022065.

207.Bohidar S.K., Sharma R., Mishra P.R. Functionally graded materials: A critical review. Citeseer.

208. Chen J. et al. Influence mechanism of process parameters on the interfacial characterization of selective laser melting 316L/CuSn10 // Materials Science and Engineering: A. 2020. Vol. 792. P. 139316.

209. Wang P. et al. Microstructure and mechanical properties of Al-12Si and Al-3.5Cu-1.5Mg-1Si bimetal fabricated by selective laser melting // Journal of Materials Science & Technology. 2020. Vol. 36. P. 18-26.

210. Tan C. et al. Additive manufacturing of steel-copper functionally graded material with ultrahigh bonding strength // Journal of Materials Science & Technology. 2021. Vol. 72. P. 217-222.

211.Balachandra Shetty P. et al. Finite Element Approach for Failure Analysis of a Gas Turbine Blade // J Fail. Anal. and Preven. 2018. Vol. 18, № 5. P. 1210-1215.

212.Rezazadeh Reyhani M. et al. Turbine blade temperature calculation and life estimation - a sensitivity analysis // Propulsion and Power Research. 2013. Vol. 2, № 2. P. 148-161.

213. Yang X. et al. A multi-scale framework for life reduction assessment of turbine blade caused by microstructural degradation // Chinese Journal of Aeronautics. 2024. Vol. 37, № 1. P. 186-200.

214. Yin Q., Zhu B., Zeng H. Microstructure, Property and Processing of Functional Ceramics. Springer Science & Business Media, 2010. 342 p.

215. Lin X., Yuan F.G. Diagnostic Lamb waves in an integrated piezoelectric sensor/actuatorplate: analytical and experimental studies // Smart Mater. Struct. IOP Publishing, 2001. Vol. 10, № 5. P. 907.

216.Haertling G.H. Ferroelectric Ceramics: History and Technology // Journal of the American Ceramic Society. 1999. Vol. 82, № 4. P. 797-818.

217.Фесенко Е., Данцигер А., Разумовская О. Новые пьезокерамические материалы. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского ун-та, 1983. 160 c.

218. Глозман И.А. Пьезокерамика. М.: Энергия, 1967. 272 c.

219. Villafuerte-Castrejon M.E. et al. Towards Lead-Free Piezoceramics: Facing a Synthesis Challenge: 1 // Materials. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2016. Vol. 9, № 1. P. 21.

220.Ringgaard E., Wurlitzer T. Lead-free piezoceramics based on alkali niobates // Journal of the European Ceramic Society. 2005. Vol. 25, № 12. P. 2701-2706.

221. Rödel J. et al. Transferring lead-free piezoelectric ceramics into application // Journal of the European Ceramic Society. 2015. Vol. 35, № 6. P. 1659-1681.

222. Rödel J., Li J.-F. Lead-free piezoceramics: Status and perspectives // MRS Bulletin. 2018. Vol. 43, № 8. P. 576-580.

223. Cai E., Peng S., Liu Q. Superior piezoelectricity in lead-free barium titanate piezoceramics // Journal of Materiomics. 2024. Vol. 10, № 3. P. 694-706.

224. Shi J. et al. Dopant tuned multi-functionality in barium titanate based lead-free piezoceramics // Journal of Alloys and Compounds. 2023. Vol. 942. P. 169092.

225.Tewatia K. et al. Factors affecting morphological and electrical properties of Barium Titanate: A brief review // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 44. P. 4548-4556.

226.Khorsand Zak A. et al. A review on piezoelectric ceramics and nanostructures: fundamentals and fabrications // J Aust Ceram Soc. 2024. Vol. 60, № 3. P. 723753.

227.Bijalwan V. et al. Rapid pressureless sintering of barium titanate-based piezoceramics and their electromechanical harvesting performance.

228.Deng C. et al. Recent Progress on Barium Titanate-Based Ferroelectrics for Sensor Applications // Advanced Sensor Research. John Wiley & Sons, Ltd, 2024. Vol. 3, № 6. P. 2300168.

229.Kharat S.P. et al. Effect of Crystal Structure and Phase on the Dielectric, Ferroelectric, and Piezoelectric Properties of Ca2+- and Zr4+-Substituted Barium Titanate // Crystal Growth & Design. American Chemical Society, 2022. Vol. 22, № 9. P. 5571-5581.

230. Ma P. et al. Dielectric and Ferroelectric Performances of Y, Mn Co-doped Barium Calcium Zirconate Titanate Based Lead-Free Piezoceramics // J. of Materi Eng and Perform. 2024. Vol. 33, № 24. P. 14329-14334.

231. Tokay O., Yazici M. A review of potassium sodium niobate and bismuth sodium titanate based lead free piezoceramics // Materials Today Communications. 2022. Vol. 31. P. 103358.

232. Supriya S. Recent advances in processing, morphological evolution and applications of bismuth sodium titanate nanoceramics // Open Ceramics. 2024. Vol. 18. P. 100572.

233. Viola G. et al. Electric field-induced transformations in bismuth sodium titanate-based materials // Progress in Materials Science. 2021. Vol. 122. P. 100837.

234. Zhang H. et al. Origin of Polarization in Bismuth Sodium Titanate-Based Ceramics // J. Am. Chem. Soc. American Chemical Society, 2024. Vol. 146, № 8. P. 55695579.

235. Yang Z. et al. Thermal and electromechanical performance in BaSnO3-modified potassium sodium niobate piezoceramics via two-step sintering // Ceramics International. 2024. Vol. 50, № 21, Part B. P. 42237-42246.

236. Lopez-Blanco S. et al. Flash sintering of potassium-sodium niobate-based piezoceramics: Refining (micro)structure for properties enhancement // Journal of the European Ceramic Society. 2024. Vol. 44, № 10. P. 5702-5709.

237. Liu L. et al. Oriented and ultrafine-grain potassium sodium niobate piezoelectric ceramics prepared by heterogeneous microcrystalline transformation // Ceramics International. 2023. Vol. 49, № 18. P. 30897-30904.

238. Rahman A. et al. Enhanced ferroelectric, piezoelectric, and dielectric properties in potassium sodium niobate lead-free piezoelectric ceramics by constructing of multiple phase boundaries // Journal of Alloys and Compounds. 2023. Vol. 936. P. 168220.

239. Malic B. Sodium-potassium-niobate based piezoelectric ceramics: processing— microstructure—properties // Jpn. J. Appl. Phys. IOP Publishing, 2024. Vol. 63, № 10. P. 100801.

240.Rana P. et al. Recent progress in piezoelectric properties of lead-free perovskite sodium potassium niobate // AIP Conference Proceedings. 2022. Vol. 2357, № 1. P. 050006.

241. Chavez L.A. et al. Characterization of Thermal Energy Harvesting Using Pyroelectric Ceramics at Elevated Temperatures // Energy Harvesting and Systems. De Gruyter, 2018. Vol. 5, № 1-2. P. 3-10.

242. Zhao X. et al. Active health monitoring of an aircraft wing with embedded piezoelectric sensor/actuator network: I. Defect detection, localization and growth monitoring // Smart Mater. Struct. 2007. Vol. 16, № 4. P. 1208.

243. Kim H. et al. 3D Printing of BaTiO3/PVDF Composites with Electric In Situ Poling for Pressure Sensor Applications.

244. Zhang S., Yu F. Piezoelectric Materials for High Temperature Sensors // Journal of the American Ceramic Society. John Wiley & Sons, Ltd, 2011. Vol. 94, № 10. P. 3153-3170.

245. Yonghong L., Zhixin J., Jinchun L. Study on hole machining of non-conducting ceramics by gas-filled electrodischarge and electrochemical compound machining // Journal of Materials Processing Technology. 1997. Vol. 69, № 1. P. 198-202.

246. Cook R.F. et al. Fracture of ferroelectric ceramics // Ferroelectrics. Taylor & Francis, 1983. Vol. 50, № 1. P. 267-272.

247. Gao W. et al. The status, challenges, and future of additive manufacturing in engineering // Computer-Aided Design. 2015. Vol. 69. P. 65-89.

248. Smay J.E., Cesarano J., Lewis J.A. Colloidal Inks for Directed Assembly of 3-D Periodic Structures // Langmuir. American Chemical Society, 2002. Vol. 18, № 14. P. 5429-5437.

249.Bandyopadhyay A. et al. Piezoelectric ceramics and composites via rapid prototyping techniques // Rapid Prototyping Journal. MCB UP Ltd, 1998. Vol. 4, № 1. P. 37-49.

250. Chen Y. et al. PZT ceramics fabricated based on stereolithography for an ultrasound transducer array application // Ceramics International. 2018. Vol. 44, № 18. P. 22725-22730.

251. Cui H. et al. Three-dimensional printing of piezoelectric materials with designed anisotropy and directional response // Nature Mater. Nature Publishing Group, 2019. Vol. 18, № 3. P. 234-241.

252.Lejeune M. et al. Ink-jet printing of ceramic micro-pillar arrays // Journal of the European Ceramic Society. 2009. Vol. 29, № 5. P. 905-911.

253. Kim H. et al. Fabrication of bulk piezoelectric and dielectric BaTiO3 ceramics using paste extrusion 3D printing technique // Journal of the American Ceramic Society. John Wiley & Sons, Ltd, 2019. Vol. 102, № 6. P. 3685-3694.

254.Nadkarni S.S., Smay J.E. Concentrated Barium Titanate Colloidal Gels Prepared by Bridging Flocculation for Use in Solid Freeform Fabrication // Journal of the American Ceramic Society. John Wiley & Sons, Ltd, 2006. Vol. 89, № 1. P. 96103.

255. Renteria A. et al. Particle size influence on material properties of BaTiO3 ceramics fabricated using freeze-form extrusion 3D printing // Mater. Res. Express. IOP Publishing, 2019. Vol. 6, № 11. P. 115211.

256. Rowlands W., Vaidhyanathan B. Additive manufacturing of barium titanate based ceramic heaters with positive temperature coefficient of resistance (PTCR) // Journal of the European Ceramic Society. 2019. Vol. 39, № 12. P. 3475-3483.

257. Chen Z. et al. 3D printing of piezoelectric element for energy focusing and ultrasonic sensing // Nano Energy. 2016. Vol. 27. P. 78-86.

258. Cheng J. et al. 3D Printing of BaTiO3 Piezoelectric Ceramics for a Focused Ultrasonic Array: 19 // Sensors. Multidisciplinary Digital Publishing Institute,

2019. Vol. 19, № 19. P. 4078.

259. Kim K. et al. 3D Optical Printing of Piezoelectric Nanoparticle-Polymer Composite Materials // ACS Nano. American Chemical Society, 2014. Vol. 8, № 10. P. 9799-9806.

260. Jang J.H. et al. Preparation and Characterization of Barium Titanate Suspensions for Stereolithography // Journal of the American Ceramic Society. John Wiley & Sons, Ltd, 2000. Vol. 83, № 7. P. 1804-1806.

261.Gaytan S.M. et al. Fabrication of barium titanate by binder jetting additive manufacturing technology // Ceramics International. 2015. Vol. 41, № 5, Part A. P. 6610-6619.

262. Chavez L.A. et al. Fabrication and characterization of 3D printing induced orthotropic functional ceramics // Smart Mater. Struct. IOP Publishing, 2019. Vol. 28, № 12. P. 125007.

263. Chavez L.A. et al. The Influence of Printing Parameters, Post-Processing, and Testing Conditions on the Properties of Binder Jetting Additive Manufactured Functional Ceramics: 1 // Ceramics. Multidisciplinary Digital Publishing Institute,

2020. Vol. 3, № 1. P. 65-77.

264.Polley C. et al. 3D Printing of Piezoelectric Barium Titanate-Hydroxyapatite Scaffolds with Interconnected Porosity for Bone Tissue Engineering: 7 // Materials. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2020. Vol. 13, № 7. P. 1773.

265.Acosta M. et al. BaTiO3-based piezoelectrics: Fundamentals, current status, and perspectives // Applied Physics Reviews. 2017. Vol. 4, № 4. P. 041305.

266.Gonzalez-Henriquez C.M., Sarabia-Vallejos M.A., Rodriguez-Hernandez J. Polymers for additive manufacturing and 4D-printing: Materials, methodologies, and biomedical applications // Progress in Polymer Science. 2019. Vol. 94. P. 57116.

267. Ngo T.D. et al. Additive manufacturing (3D printing): A review of materials, methods, applications and challenges // Composites Part B: Engineering. 2018. Vol. 143. P. 172-196.

268.Zakeri S., Vippola M., Levanen E. A comprehensive review of the photopolymerization of ceramic resins used in stereolithography // Additive Manufacturing. 2020. Vol. 35. P. 101177.

269. Chen Z. et al. Preparation of high solid loading and low viscosity ceramic slurries for photopolymerization-based 3D printing // Ceramics International. 2019. Vol. 45, № 9. P. 11549-11557.

270.Learmonth I.D., Young C., Rorabeck C. The operation of the century: total hip replacement // The Lancet. Elsevier, 2007. Vol. 370, № 9597. P. 1508-1519.

271

272

273

274

275

276

277

278

279

280

281

282

283

284

285

286

Laupacis A. et al. The effect of elective total hip replacement on health-related quality of life. // JBJS. 1993. Vol. 75, № 11. P. 1619.

Kurtz S. et al. Projections of Primary and Revision Hip and Knee Arthroplasty in the United States from 2005 to 2030 // JBJS. 2007. Vol. 89, № 4. P. 780. Индивидуальная ацетабулярная система для эндопротезирования тазобедренного сустава [Electronic resource] // Научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р.Вредена. URL: https: //rniito .ru/r/lechebnie_innovatsii/indatsetsistema_endo_taz_sust.html (accessed: 07.03.2025).

Goodnough L.H. et al. Obesity Is Independently Associated With Early Aseptic Loosening in Primary Total Hip Arthroplasty // The Journal of Arthroplasty. 2018. Vol. 33, № 3. P. 882-886.

Traina F. et al. Risk Factors for Ceramic Liner Fracture after Total Hip Arthroplasty // HIP International. SAGE PublicationsSage UK: London, England, 2012.

Miettinen S.S.A. et al. Risk factors for intraoperative calcar fracture in cementless total hip arthroplasty // Acta Orthopaedica. Taylor & Francis, 2016. Vol. 87, № 2. P. 113-119.

Sidler-Maier C.C., Waddell J.P. Incidence and predisposing factors of periprosthetic proximal femoral fractures: a literature review // International Orthopaedics (SICOT). 2015. Vol. 39, № 9. P. 1673-1682. Long M., Rack H.J. Titanium alloys in total joint replacement—a materials science perspective // Biomaterials. 1998. Vol. 19, № 18. P. 1621-1639. Katoozian H. et al. Material optimization of femoral component of total hip prosthesis using fiber reinforced polymeric composites // Medical Engineering & Physics. 2001. Vol. 23, № 7. P. 505-511.

Lynch M.E. et al. Design, testing, and mechanical behavior of additively manufactured casing with optimized lattice structure // Additive Manufacturing. 2018. Vol. 22. P. 462-471.

Ridzwan M.I.Z. et al. Optimization in Implant Topology to Reduce Stress Shielding Problem // Journal of Applied Sciences. 2006. Vol. 6. P. 2768-2773. Behrens B.-A. et al. Numerical investigations of stress shielding in total hip prostheses // Proc Inst Mech Eng H. IMECHE, 2008. Vol. 222, № 5. P. 593-600. Adam F. et al. Early failure of a press-fit carbon fiber hip prosthesis with a smooth surface // The Journal of Arthroplasty. 2002. Vol. 17, № 2. P. 217-223. Simoes J.A., Marques A.T. Design of a composite hip femoral prosthesis // Materials & Design. 2005. Vol. 26, № 5. P. 391-401.

Trebse R. et al. Poor results from the isoelastic total hip replacement: 14-17-year follow-up of 149 cementless prostheses // Acta Orthopaedica. Taylor & Francis, 2005. Vol. 76, № 2. P. 169-176.

de Oliveira Simoes J.A., Marques A.T. Determination of stiffness properties of braided composites for the design of a hip prosthesis // Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2001. Vol. 32, № 5. P. 655-662.

287. Jette B. et al. Femoral stem incorporating a diamond cubic lattice structure: Design, manufacture and testing // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2018. Vol. 77. P. 58-72.

288.Limmahakhun S. et al. 3D-printed cellular structures for bone biomimetic implants // Additive Manufacturing. 2017. Vol. 15. P. 93-101.

289. Arabnejad Khanoki S., Pasini D. Multiscale Design and Multiobjective Optimization of Orthopedic Hip Implants with Functionally Graded Cellular Material // Journal of Biomechanical Engineering. 2012. Vol. 134, № 031004.

290.Mehboob H. et al. Finite element modelling and characterization of 3D cellular microstructures for the design of a cementless biomimetic porous hip stem // Materials & Design. 2018. Vol. 149. P. 101-112.

291. Билич Г., Николенко В. Атлас анатомии человека. Том I. Ростов-на-Дону: Феникс, 2014. 488 с.

292.Makarov S.N. et al. Virtual Human Models for Electromagnetic Studies and Their Applications // IEEE Rev Biomed Eng. 2017. Vol. 10. P. 95-121.

293.Currey J.D. Bones: Structure and Mechanics. Princeton University Press, 2002. 460 p.

294. Bergmann G. et al. Standardized Loads Acting in Hip Implants // PLOS ONE. Public Library of Science, 2016. Vol. 11, № 5. P. e0155612.