Повышение производительности лазерной постобработки металлических деталей, полученных методами аддитивного производства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Шепелев Александр Евгеньевич

• Шепелев Александр Евгеньевич
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Шепелев Александр Евгеньевич

Введение

Глава 1. Методы повышения производительности лазерной обработки конструкционных и функциональных материалов (обзор)

1.1 Эволюция подходов к повышению производительности лазерной

обработки материалов

1.2 Внедрение вспомогательной оснастки и приспособлений для повышения производительности лазерной обработки

1.3 Дополнительные концентрированные потоки энергии для повышения эффективности лазерной обработки

1.4 Обработка комбинированным лазерным излучением

Выводы по Главе

Глава 2. Моделирование процесса воздействия лазерных импульсов

различной временной формы на металлические материалы

2.1 Воздействие лазерных импульсов на материал сталь

2.2 Воздействие лазерных импульсов на материал ВТ1-0

2.3 Воздействие лазерных импульсов на БЬМ никель 50Н

2.4 Воздействие лазерных импульсов на БЬМ сталь 10Х17Н13М2Т

2.5 Выводы по Главе

Глава 3. Экспериментальное исследование влияния временной формы лазерного импульса на производительность обработки традиционных и

аддитивных металлических материалов

3.1 Экспериментальная установка и методика исследований

3.2 Сравнительный анализ обработки традиционных металлических материалов

3.2.1 Обработка образцов из стали

3.2.2 Обработка образцов из титана ВТ1-0

3.3 Сравнительная оценка эффективности обработки аддитивных металлических материалов

Стр.

3.3.1 Характеристика аддитивных материалов

3.3.2 Обработка образцов полученных методом БЬМ из никеля 50Н

3.3.3 Обработка образцов полученных методом БЬМ из стали 10Х17Н13М2Т

3.4 Оценка показателей качества обработки

3.4.1 Результаты обработки традиционного материала

3.4.2 Результаты обработки аддитивного материала

3.5 Выводы по Главе

Общие выводы и заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение производительности лазерной постобработки металлических деталей, полученных методами аддитивного производства»

Введение

Стремление к минимизации количества используемых материалов при одновременном сокращении энергетических затрат при производстве продукции определяет современный уровень развития машиностроительной отрасли. Одной из ключевых тенденций развития производства сегодня является миниатюризация, что в основном обусловлено повышением спроса на миниатюрные детали и изделия в автомобильной, аэрокосмической, биомедицинской и электронной промышленности [1]. Весьма перспективным для этого оказываются передовые аддитивные технологии, которые позволяют достаточно быстро с высокой степенью точности создавать конструктивно сложные детали и изделия малых размеров [2, 3]. Кроме того, особенности реализации технологии позволяют приобретать материалам уникальные свойства, отличные от свойств применяемых традиционных конструкционных и функциональных материалов.

Несмотря на очевидные преимущества методов аддитивного производства перед традиционными технологиями, детали и изделия, полученные с помощью аддитивных технологий, практически всегда требуют последующей (пост-) обработки для удаления остаточного материала (технологических перемычек, опор, поддержек) или целенаправленного изменения геометрии и свойств поверхности (формирование зональной матрицы отверстий, поверхностное микроструктурирование) [4,5].

Сегодня для уменьшения пористости и обработки (постобработки) наружных поверхностей аддитивно произведенных деталей используются горячее изостатическое прессование, пескоструйная и дробеструйная обработка, электрохимическая полировка. Для очистки внутренних полостей от остаточного материала применяют очистку сжатым воздухом, промывку под высоким давлением, а также вибрационную и ультразвуковую очистку [4-7]. Однако

применение традиционных методов для миниатюрных, тонкостенных, хрупких материалов и компонентов с искусственной пористостью, микромасштабных деталей часто оказывается невозможным или малоэффективным [8].

Весьма перспективным для этого оказывается применение лазерных технологий, как бесконтактного, универсального гибкого инструментария, позволяющего решать самый широкий спектр технологических задач в сфере производственной постобработки изделий. Однако, несмотря на то, что с помощью лазеров можно получить уникальные технические и экономические результаты обработки, задачи оптимизации режимов лазерного воздействия для повышения энергоэффективности и производительности обработки по-прежнему не теряют своей актуальности [9-11].

Существующие подходы к повышению производительности лазерной обработки сталкиваются с фундаментальными технологическими противоречиями. Одним из традиционных подходов является увеличение средней мощности и частоты следования импульсов воздействующего лазерного излучения с применением лазерных импульсов короткой и ультракороткой длительности. Однако использование импульсов ультракороткой длительности ограничено высокой стоимостью оборудования и эффектом плазменного экранирования, снижающим эффективность глубокой абляции, а также низким съемом материала вследствие невысокой энергии импульса [11-13].

Импульсы микро- и миллисекундной длительности высокой энергии, будучи более доступными, не позволяют оптимально управлять соотношением ключевых механизмов разрушения материала (плавление, испарение, выброс под действием давления отдачи паров), что ограничивает производительность, энергоэффективность и качество обработки [14,15].

В этой связи, исследования, направленные на поиск комбинированных режимов генерации лазерного излучения, сочетающих преимущества различных режимов обработки в соответствии с физикой процессов, протекающих в зоне лазерного воздействия, являются актуальными.

Более того необходимость значительного увеличения производительности лазерной обработки при одновременном существенном снижении энергетических затрат подчеркивает актуальность поиска энергоэффективных режимов лазерного воздействия, адаптированных к уникальным характеристикам аддитивных материалов.

В связи с этим исследование процессов лазерного разрушения перспективных конструкционных и функциональных металлических традиционных и аддитивных материалов, выявление доминирующих механизмов их разрушения и разработка на их основе энергоэффективных режимов работы технологических лазеров является востребованной и актуальной научно-практической задачей.

Целью работы является повышение производительности лазерной постобработки деталей из аддитивных металлических материалов путем разработки и реализации энергоэффективных комбинированных режимов лазерного воздействия, основанных на перераспределении энергии по временному профилю импульсов.

Для достижения поставленной цели работы требуется решить следующие научные задачи:

1. Разработать математическую модель процесса импульсного лазерного воздействия на аддитивно произведенные металлические материалы с пористой микроструктурой, учитывающую зависимости теплофизических свойств материалов от параметров пористости.

2. На основе разработанной модели теоретически обосновать и разработать энергоэффективный метод лазерного разрушения (удаления) материала, основанный на перераспределении энергии по временному профилю лазерного импульса, для управления механизмами плавления, испарения и выплеска с целью увеличения производительности лазерной обработки.

3. Разработать и создать лабораторный технологический импульсно-периодический твердотельный лазер с системой управления временным

профилем генерируемых импульсов, обеспечивающий реализацию комбинированных режимов воздействия на материалы.

4. Провести экспериментальные исследования эффективности разрушения классических и аддитивных металлических конструкционных материалов импульсами в различных режимах генерации технологического твердотельного лазера.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- разработана математическая модель импульсного лазерного воздействия на аддитивные металлические материалы с пористой микроструктурой, отличающаяся тем, что учитывает зависимости теплофизических параметров материала от пористости и распределение энергии по временной форме лазерного импульса;

- теоретически обоснован и разработан новый энергоэффективный метод лазерного разрушения аддитивных металлических материалов, основанный на перераспределении энергии по временной форме воздействующих лазерных импульсов, что позволяет инициировать конкретный доминирующий механизм скоростного разрушения материала для повышения производительности обработки;

- установлено и теоретически обосновано оптимальное амплитудно-временное распределение энергии по временной форме комбинированного лазерного импульса, обеспечивающее, за счет интенсификации механизма удаления расплава в режиме выплеска, улучшение качества, уменьшение ЗТВ в 710 раз сокращение времени обработки в 1,1 - 16 раз для традиционных и аддитивных металлических материалов с разнящимися теплофизическими свойствами.

Теоретическая значимость работы состоит в получении новых фундаментальных знаний, вносящих вклад в развитие теории процессов физико-технической обработки материалов, а именно:

- получены новые знания о механизмах взаимодействия импульсного лазерного излучения с металлическими материалами, обладающими пористой микроструктурой, характерной для аддитивных технологий их получения;

- разработана и верифицирована математическая модель импульсного лазерного воздействия на пористые аддитивные металлические материалы, являющаяся инструментом для фундаментального исследования, прогнозирования и оптимизации технологического процесса.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

- разработан новый энергоэффективный метод импульсно-периодической лазерной постобработки аддитивных металлических материалов (технологических опор), адаптированный к их отличительным свойствам, позволяющий повысить качество и производительность финишной обработки аддитивно произведенных деталей;

- для количественной оценки влияния режима воздействия предложен и применен новый критерий - коэффициент интенсификации процесса, характеризующий эффективность воздействия на материалы лазерных импульсов различной временной формы в сравнении с классическими импульсами гауссовой временной формы эквивалентной энергии и длительности;

- определено оптимальное амплитудно-временное распределение энергии лазерных импульсов, позволяющее сократить длительность обработки и повысить ее качественные характеристики: обеспечено уменьшение зоны термического влияния в 7-10 раз и снижение шероховатости поверхности на порядок для традиционных и аддитивных материалов;

- результаты работы прошли предварительную производственно-технологическую апробацию на специализированном оборудовании для обработки прототипов специзделий на предприятии КБ «Арматура» - филиал АО «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева» (г. Ковров, Владимирская обл.), которая подтвердила эффективность предложенных решений для повышения качества и сокращения времени обработки исследованных прототипов специзделий.

Методология и методы исследования. Для решения поставленных задач применялись методы математического моделирования и комплекс экспериментальных исследований. Математическое моделирование процессов взаимодействия лазерного излучения с веществом базировалось на численном решении уравнения теплопроводности методом дробных шагов по времени с применением неявной конечно-разностной схемы. Математическое моделирование выполнялось с использованием современных средств вычислительной техники и системы компьютерной алгебры МаШСАО. Экспериментальные исследования проведены в лабораторных условиях на базе КГТУ им. В.А. Дегтярева с использованием современных средств измерений и обработки результатов.

Положения, выносимые на защиту:

- математическая модель, описывающая процесс взаимодействия импульсного лазерного излучения с металлическим материалом, полученным методом аддитивного производства, учитывающая зависимости теплофизических параметров материала от пористости и позволяющая выявлять доминирующий механизм разрушения материала в зависимости от параметров воздействующего лазерного импульса;

- научно обоснованный энергоэффективный метод повышения производительности лазерной постобработки аддитивных металлов, основанный на перераспределении энергии по временной форме лазерных импульсов, воздействие которых обеспечивает интенсификацию механизма удаления материала за счет комбинирования ключевых механизмов: плавления, испарения и удаления расплава в режиме выплеска;

- установленные зависимости времени разрушения классических и аддитивных металлических материалов различной толщины от временного профиля воздействующих лазерных импульсов, доказывающие повышение эффективности и улучшение качества обработки, по сравнению с технологическими режимами облучения материалов лазерными импульсами стандартной (гауссовой) формы.

Степень достоверности и апробация результатов.

Достоверность выводов и результатов работы подтверждается:

- использованием фундаментальных законов физики взаимодействия лазерного излучения с веществом при разработке математической модели;

- применением известных, апробированных численных методов и их корректной программной реализацией в среде МаШСАО;

- соответствием результатов экспериментальных исследований результатам математического моделирования;

- использованием современного сертифицированного лабораторного оборудования и средств измерений.

Основные результаты диссертационной работы были представлены и обсуждались на различных всероссийских и международных профильных конференциях: II Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии, оборудование и материалы машиностроительных производств». М., 2025; X и XVI Всероссийской школе Национального центра физики и математики и Института лазерно-физических исследований РФЯЦ-ВНИИЭФ для студентов, аспирантов, молодых ученых и специалистов по лазерной физике и лазерным технологиям. Саров (Нижегородская обл.), 2016 ,2025; XXIII Школе-конференции «Новые материалы: Перспективные технологии и методы исследования материалов». М., 2025; Международной научной конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2021», «Ломоносов-2025». М., 2021, 2025; XI и XII Международной конференции «Лазерные, плазменные исследования и технологии - ЛаПлаз». М., 2025, 2026; Всероссийской научно-технической конференции студентов «Студенческая научная весна: Машиностроительные технологии». М., 2024; X Международной конференции по фотонике и информационной оптике. М., 2021; IX Всероссийской конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России». М., 2016; XIV Всероссийском молодежном Самарском конкурсе-конференции научных работ по оптике и лазерной физике. Самара, 2016.

По теме диссертации получен грант Российского научного фонда (20252026 гг.), проект РНФ №25-29-20294: «Разработка технологии скоростной лазерной постобработки аддитивно произведенных материалов» (руководитель -Солохин С.А., ответственный исполнитель - Шепелев А.Е.).

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Название и содержание материалов диссертационной работы соответствует пунктам 2, 3 и 4 раздела «Области исследований» паспорта специальности 2.5.5. Технология и оборудование механической и физико-технической обработки:

- теоретические основы, моделирование и методы экспериментального исследования процессов механической и физико-технической обработки, включая процессы комбинированной обработки с наложением различных физических, химических и комбинированных воздействий;

- исследование механических и физико-технических процессов в целях определения параметров оборудования, агрегатов, механизмов и других комплектующих, обеспечивающих выполнение заданных технологических операций и повышение производительности, качества, экологичности и экономичности обработки, инструмента;

- создание, включая проектирование, расчеты и оптимизацию, параметров рабочего и других компонентов оборудования, обеспечивающих технически и экономически эффективные процессы обработки.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 17 научных трудах, в том числе 2 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ; 3 публикации, индексируемые в базе данных Scopus; 12 статей и докладов, опубликованных в сборниках трудов научных конференций, общим объемом 3,2 п. л. / 1,83 п. л.

Глава 1. Методы повышения производительности лазерной обработки конструкционных и функциональных материалов (обзор)

1.1 Эволюция подходов к повышению производительности лазерной

обработки материалов

Производительность лазерной обработки материалов как ключевой технологический параметр определяется эффективностью управления энерговкладом в зоне воздействия. Исторически решение этой задачи обеспечивалось двумя взаимосвязанными путями: совершенствованием источников излучения (повышение средней мощности и частоты следования импульсов) и оптимизацией режимов генерации (регулирование длительности, энергии и временной формы импульсов) [16-21]. Начало эры технологических лазеров, ознаменованное созданием первых рубиновых и неодимовых систем в 1960-х годах, заложило основы для систематических исследований взаимосвязи параметров лазерного воздействия с характеристиками обрабатываемых материалов. Результаты многочисленных работ показали, что ключевое влияние на механизмы и эффективность обработки оказывает длительность воздействующих лазерных импульсов.

Исторически первым и наиболее освоенным в промышленных лазерных технологиях стал диапазон микро- и миллисекундных импульсов, соответствующий режиму свободной генерации [16, 22]. В этом режиме длительность импульса (от десятков микросекунд до единиц миллисекунд) значительно превышает характерное время электрон-фононной релаксации, что обеспечивает полную передачу энергии от поглощающих электронов кристаллической решетке и установление теплового равновесия в зоне воздействия.

При воздействии микро- и миллисекундных импульсов доминирующим механизмом является глубокое плавление с последующим выбросом расплава давлением отдачи паров. Поглощенная энергия лазерного излучения вызывает

нагрев поверхности до температур, превышающих температуру плавления, с образованием ванны расплава. По мере дальнейшего энерговклада температура поверхности достигает температуры кипения, и начинается интенсивное испарение материала. Возникающее при этом давление отдачи паров воздействует на жидкую фазу, выдавливая расплав из зоны обработки и формируя кратер [23].

Классическими представителями оборудования данного класса являются твердотельные лазеры на рубине и стекле с неодимом, а позднее - на YAG:Nd3+ и волоконные лазеры. Среди промышленных установок, реализующих миллисекундный диапазон, можно выделить:

- установки серии «Квант» (Квант-9, Квант-9М, Квант-15 и др.) с энергией импульса до 10-15 Дж и длительностью 0,35-4 мс, предназначенные для сверления отверстий в керамических и металлических материалах, а также для сварки и термообработки [24-26];

- установки «ГОС-1000» и «ГОС-301» на стекле с неодимом, обеспечивающие энергию импульса до 1000 Дж и 300 Дж соответственно для обработки тугоплавких и сверхпрочных материалов [27];

- современные многофункциональные комплексы HTS-Portal (Булат) и LRS, построенные на базе импульсно-периодических YAG:Ndз+-лазеров с энергией импульса до 150 Дж и длительностью 0,2-20 мс [28];

- современные многофункциональные станки HTF Portal на базе квазинепрерывных волоконных лазеров с энергией импульса до 60 Дж и длительностью импульса до 50 мс [28].

Основными достоинствами лазерных импульсов микро- и миллисекундной длительности (10-6 с - 10-3 с) является высокая энергия импульса при относительно невысокой стоимости соответствующих лазеров и технологических комплексов на их основе (например, по сравнению с лазерами ультракороткой длительности).

Высокая запасенная энергия (до десятков Дж) миллисекундных импульсов обеспечивает удаление значительного объема материала за время действия одного

импульса. Кроме того, это позволяет эффективно обрабатывать материалы с низкой теплопроводностью, в которых локализация тепла обеспечивает достижения температур плавления и испарения за относительно короткое время [14, 22].

Однако применение импульсов миллисекундной длительности сопровождается рядом существенных недостатков [23]. Из-за продолжительного теплового воздействия возникает значительная зона термического влияния с характерными линейными размерами до сотен мкм. Это может сопровождаться изменением свойств и структуры материала, прилегающего к зоне лазерной обработки. Случайная динамика удаления расплава и сложность прогнозирования гидродинамических процессов в жидкой фазе материала не обеспечивают требуемой воспроизводимости результатов, что дополнительно затрудняет управление процессом обработки. Вместе с тем большой энерговклад при длительном тепловом воздействии увеличивает вероятность перегрева и деформации тонкостенных деталей и деталей малых размеров. Это также ограничивает применение миллисекундных импульсов для прецизионной обработки (постобработки) изделий, в том числе, полученных методами аддитивного производства (например, БЬЫ).

Таким образом, применение лазерных импульсов микро- и миллисекундной длительности, несмотря на высокую производительность, оказывается весьма ограниченным вследствие теплового механизма воздействия. В частности для задач прецизионной постобработки, решение которых требует минимального теплового влияния, такие импульсы оказываются малоэффективными. В связи с этим приобретает актуальность поиск альтернативных подходов, например с использованием коротких импульсов или их последовательностей различной комбинации.

9 8

Воздействие наносекундными лазерными импульсами (10 с - 10 с), генерация которых обеспечивается в режиме модуляции добротности резонатора [29], приводит к количественному и качественному изменению физики процессов взаимодействия излучения с веществом.

О

При воздействии на материал импульсов с интенсивностью порядка 10 -

9 2

10 Вт/см его разрушения в основном обеспечивается интенсивным испарением. Однако при этом возникает низкотемпературная плазма, что оказывает непосредственное влияние на эффективность обработки.

Экранирующее действие лазерно-индуциорованной плазмы оказывает влияние как на производительность, так и на качество обработки. Это представляет собой фундаментальное ограничение использование наносекндных импульсов при решении технологических задач. Кроме того, плазма, поглощая и рассеивая излучение, снижает вклад лазерной энергии в материал [30-32]. При этом согласно [33-35], экранирование области воздействия пароплазменными образованиями является одним из ключевых факторов, ограничивающих эффективность сверления металлов наряду с их высокой теплопроводностью и отражающими свойствами.

Одним из путей решения проблемы плазменного экранирования является управление параметрами излучения в процессе обработки. В работах [32, 36] продемонстрирована эффективность генерации цугов наносекундных импульсов и плавного нарастания энергии в импульсе. В [36] предложен метод, основанный на изменении начального пропускания пассивного лазерного затвора от 20% до 70%, что позволяет управлять энергетическими и временными параметрами излучения и смещать область локализации плазменного факела вдоль канала. Это обеспечивает увеличение скорости и глубины обработки (до 18 мм в быстрорежущей стали) в 1,5-2 раза.

Принципиально важной особенностью наносекундного диапазона является проявление кумулятивных эффектов при обработке сериями импульсов. Теоретический анализ [37] и экспериментальные исследования [38] показывают, что при воздействии больших серий импульсов (более 20) происходит постепенный разогрев облучаемой зоны, причем температура в ней может превысить температуру плавления металла. В результате основная масса металла удаляется не в парообразном состоянии, а в виде расплава под действием давления паров, что приводит к интенсификации процесса. В работе [35]

предложен критерий, позволяющий оценить условия перехода к испарительному режиму с минимальной долей расплава:

^ = 3,2 х 10-3 х—-— (1.1)

т рхсхТт 4 7

где: - временной межимпульсный интервал; Тт - температура плавления материала; с, р - удельная теплоемкость и плотность материала; Ь - удельная теплота испарения; т - длительность лазерного импульса. Однако, даже при выполнении условия (1.1) полностью избежать образования расплава не удается, и вклад механизма выброса жидкой фазы давлением паров остается значительным.

Примерами технологических устройств, генерирующих наносекундные импульсы, являются:

- станок для микрообработки ультрафиолетовым лазером МЛП1-УФ (Лазеры и аппаратура) на базе твердотельного лазера с диодной накачкой, генерирующего импульсы ~20 нс с частотой повторения 50 кГц при средней мощности излучения 20 Вт [28];

- технологические установки для прецизионной обработки ИТБ-РгешБе (Булат) на основе волоконного лазера средней мощностью до 50 Вт, генерирующего импульсы длительностью от 2 нс до 200 нс с частотой следования до 50 кГц [28].

К числу основных достоинств наносекундных импульсов относится, прежде всего, возможность реализации режима интенсивного испарения материала, что благодаря меньшей длительности импульса существенно сокращает зону термического влияния и позволяет повысить качество обработки и минимизировать деформации в окрестностях зоны воздействия [33, 34]. Важным преимуществом является наличие хорошо отработанных и коммерчески доступных волоконных и твердотельных лазерных систем с модуляцией добротности, обеспечивающих стабильные параметры излучения и возможность управления частотой следования импульсов в широком диапазоне (от единиц до сотен кГц) [33, 39]. Кроме того, наносекундные лазеры обладают существенно

более низкой стоимостью по сравнению с пико- и фемтосекундными системами при сохранении приемлемого качества обработки для широкого круга технологических задач [23, 40].

Однако, как следует из анализа [35, 36, 41, 42], применение наносекундных импульсов сопровождается рядом фундаментальных ограничений. Главным недостатком является интенсивное плазмообразование, приводящее к экранированию падающего излучения и снижению эффективности энерговклада в материал [35, 41]. При плотностях энергии выше 10 Дж/см2 вокруг зоны обработки формируется значительный валик расплава, а поверхность покрывается брызгами затвердевшего металла («град»), что ухудшает качество обработки и требует дополнительных операций по удалению продуктов абляции [23, 33]. Существенным ограничением является также зависимость эффективности обработки от теплофизических свойств материала: для металлов с высокой теплопроводностью (алюминий, медь) значительная доля энергии теряется на теплопередачу вглубь материала, что снижает производительность процесса [34, 38]. При многоимпульсном воздействии (более 20-30 импульсов) проявляется кумулятивный эффект разогрева, приводящий к неконтролируемому переходу от испарительного механизма к механизму выплеска расплава, что, с одной стороны, может повысить производительность, но с другой — ухудшает воспроизводимость и качество обработки [36, 38]. Наконец, наносекундные импульсы не позволяют реализовать режим «холодной» абляции, что ограничивает их применение для прецизионной обработки термочувствительных материалов и микроструктур с высокими требованиями к качеству поверхности [40, 42].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шепелев Александр Евгеньевич, 2026 год

Список литературы

1. Дюк Я. Миниатюризация систем производства: существует ли нижний предел масштабирования? // Современная электроника. 2020. № 7. С. 22-25.

2. Lu B., Li D., Tian X. Development trends in additive manufacturing and 3D printing // Engineering. 2015. Vol. 1, No 1. P. 85-89.

3. Saunders J., Elbestawi M., Fang Q. Ultrafast laser additive manufacturing: A review // J. Manuf. Mater. Process. 2023. Vol. 7, 89.

4. Лебедь В.И., Чащин Н.А. Анализ тенденций развития и постобработки аддитивно произведенных деталей // Авиационно-космическая техника и технология. 2020. № 1 (161). С. 35-41.

5. A review of post-processing technologies in additive manufacturing / X. Peng [et al.] // J. Manuf. Mater. Process. 2021. Vol. 5, 38.

6. Обзор гибридного аддитивного производства металлических деталей / А.В. Балякин [и др.] // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2022. Т. 21, № 2. С. 48-64.

7. Wang H., Fuh J.Y.H. Metal additive manufacturing and its post-processing techniques // J. Manuf. Mater. Process. 2023. Vol. 7, 47.

8. Song J.L., Li Y.T., Deng Q.L., Hu D.J. Rapid prototyping manufacturing of silica sand patterns based on selective laser sintering // Journal of Materials Processing Technology. 2007. Vol. 187. P. 614-618.

9. Laser-based manufacturing II / A. Riveiro [et al.] // J. Manuf. Mater. Process. 2025. Vol. 9, 60.

10. Аполлонов В.В., Девойно О.Г., Калиниченко А.С. Применение импульсно-периодического режима для повышения эффективности лазерной обработки // Наука и техника. 2014. № 4. С. 37-41.

11. Кононенко В.В., Конов В.И. Абляция стали при облучении поверхности тандемными импульсами высокой интенсивности // Квантовая электроника. 2018. Т. 48, № 1. С. 40-44.

12. Femtosecond laser post-processing of metal parts produced by laser additive manufacturing / I. Mingareev [et al.] // MATEC Web of Conferences. 2013. Vol. 8, 02010.

13. Recent advancements in post processing of additively manufactured metals using laser polishing / M. Ali [et al.] // J. Manuf. Mater. Process. 2023. Vol. 7, 115.

14. Uchtmann H., Kuerschner D., Kelbassa I. Hybrid laser drilling of cooling holes by using millisecond pulsed fiber laser radiation and ultrashort pulsed laser radiation // Proceedings of LAMP2015 - the 7th International Congress on Laser Advanced Materials Processing. 2015. DOI: 10.2351/1.5063244

15. Laser processing of alumina ceramic by spatially and temporally superposing the millisecond pulse and nanosecond pulse train / X. Jia [et al.] // Optics express. 2020. Vol. 28, No. 1. P. 676-684.

16. Вейко В.П., Либенсон М.Н. Лазерная обработка / Под общ. ред. С.П. Митрофанова. Л.: Лениздат, 1973. 190 с.

17. Углов А.А. Лазеры в технологии неорганических материалов и металлургии // Квантовая электроника. 1974. № 5 (1). С. 1037-1055.

18. Левинсон Г.Р., Смилга В.И. Лазерная обработка тонких пленок (обзор) // Квантовая электроника. 1976. № 8 (3). С. 1637-1659.

19. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 5. Лазерная сварка металлов: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А.Г. Григорьянца. М.: Высшая школа, 1988. 207 с.

20. Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 6. Основы лазерного термоупрочнения сплавов: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А.Г. Григорьянца. М.: Высшая школа, 1988. 159 с.

21. Лобок М.Г., Мажукин В.И. Влияние временного профиля импульсов на процессы лазерного воздействия // Квантовая электроника. 2007. Т. 37, № 9. С. 5478.

22. Действие излучения большой мощности на металлы / С.И. Анисимов [и др.] М.: Наука, 1970. 272 с.

23. Бессонов Д.А. Исследование особенностей применения короткого и ультракороткого импульсного лазерного излучения для прецизионной микрообработки материалов. Обзор и анализ // Вестник СГТУ. 2015. № 4 (81). С. 69-76.

24. Установка «Квант - 9» для сверления отверстий / В.М. Вакуленко [и др.] // Квантовая электроника. 1973. № 2 (14). С. 99-102.

25. Григорьянц А.Г., Соколов А.А. Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 4. Лазерная обработка неметаллических материалов: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А.Г. Григорьянца. М.: Высшая школа, 1988. 191 с.

26. Технологические лазеры: Справочник: В 2 т. Т. 1: Расчет, проектирование и эксплуатация / Г.А. Абильсиитов [и др.] / Под общ. ред. Г.А. Абильсиитова. М.: Машиностроение, 1991. 432 с.

27. Сенатский Ю.В. Лазерное оборудование и приборы на выставке «Оптика-72» // Квантовая электроника. 1973. № 4 (16). С. 130-131.

28. Дубовский П.Е., Ковш И.Б. Лазерные технологические установки, выпускаемые в странах СНГ: каталог-справочник по странам СНГ; 24-е, дополненное и исправленное изд. М.: ЛАС, 2025. 276 с.

29. Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения. М.: Радио и связь, 1981. 163 с.

30. Подавление нежелательного эффекта плазменного плавления боковых стенок скважины при лазерном сверлении / В.Н. Токарев [и др.] // Успехи прикладной физики. 2013. Т. 1, № 6. С. 686-691.

31. Nanosecond-laser plasma-assisted ultradeep microdrilling of optically opaque and transparent solids / Paul S. [et al.] // J. Appl. Phys. 2007. Vol. 101, No. 4. P. 043106.

32. Высокоскоростное аблирование сверхглубоких каналов фазово-сопряженным №:ИАГ-лазером с динамически регулируемой пассивной модуляцией добротности / Т.Т. Басиев [и др.] // Квантовая электроника. 2007. Т. 37, № 10. С. 956-960.

33. Поиск решений по перфорированию микроотверстий в хромистых и хромоникелевых сталях / А.Б. Люхтер [и др.] // Инженерный журнал: наука и инновации. 2016. Вып. 6.

34. Некоторые особенности взаимодействия лазерного излучения с металлами / А.Н. Глотов [и др.] // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2020. № 1 (130). С. 15-32.

35. Специфика поверхностной обработки металла сериями лазерных импульсов наносекундной длительности / С.Г. Горный [и др.] // Квантовая электроника. 2002. Т. 32, № 10. С. 929-932.

36. Лазерная прошивка сверхглубоких микронных отверстий в различных материалах при программируемом управлении параметрами лазерной генерации / Т.Т. Басиев // Квантовая электроника. 2007. Т. 37, № 1. С. 99-102.

37. Горный С.Г., Григорьев А.М., Лопота В.А., Туричин Г.А. // Физика и химия обработки материалов. 1998. № 5. С. 23.

38. Характерные особенности формирования кратера на поверхности металла при многократном лазерном воздействии / Н.А. Босак [и др.] // Квантовая электроника. 1999. Т. 29, № 4. С. 351-354.

39. Laser Microvia Drilling and Ablation of Silicon Using 355 nm Pico and Nanosecond Pulses / H. Pantsar [et al.] // ICALEO Congress Proceedings. 2008. P. 278-287.

40. Сравнительные характеристики применения импульсно-периодического СО2-, волоконного наносекундного и фемтосекундного лазеров для изготовления микроотверстий / А.Н. Малов [и др.] // Прикладная фотоника. 2015. Т. 2, № 2. С. 166-179.

41. Роль плазмы при абляции материалов ультракороткими лазерными импульсами / С.М. Климентов [и др.] // Квантовая электроника. 2001. Т. 31, № 5. С. 378-382.

42. Сравнительное исследование абляции материалов фемтосекундными и пико/наносекундными лазерными импульсами / Т.В. Кононенко [и др.] // Квантовая электроника. 1999. Т. 28, № 2. С. 167-172.

43. Звелто О. Принципы лазеров. СПб.: Лань, 2008. 720 с.

44. Горбунов И.А. Пикосекундный гибридный лазер на основе полупроводникового лазера, волоконного и Nd : YVO4-усилителей -исследование эффектов, ограничивающих пиковую мощность // Квантовая электроника. 2021. Т. 51, № 10. С. 886-893.

45. Микрообработка материалов пикосекундными лазерами / Ф. Бахманн // Фотоника. 2013. № 1. С. 34-42.

46. Weingarten K. Optimizing cold ablation processing with picosecond micromachining // Laser+Photonics. 2012. № 3. P. 44-46.

47. Muller D. Picosecond Lasers for High-Quality Industrial Micromachining // Photonics Spectra. 2009, P. 46-47.

48. Femtosecond, picosecond and nanosecond laser ablation of solids / B.N. Chichkov [et al.] // Appl. Phys. A. 1996. Vol. 63. P. 109-115.

49. Weingarten K. High Energy Picosecond Lasers: Ready for Prime Time // LTJ. 2009. № 3. P. 51-54.

50. Сравнительный анализ лазерных систем для микрообработки материалов / А.Г. Григорьянц [и др.] // Фотоника. 2019. Т. 13, № 3. С. 264-279.

51. Gibbon P., Forter E. Short-pulse laser-plasma interactions // Plasma Phys. Control. Fusion. 1996. Vol. 38. P. 769-793.

52. Ultrafast laser-based post-processing of parts produced by additive manufacturing / I. Mingareev // Proc. SPIE. 2013.

53. Transition from thermal diffusion to heat accumulation in high repetition rate femtosecond laser writing of buried optical waveguides / S.M. Eaton [et al.] // Opt. Express. 2008. Vol. 16. P. 9443.

54. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А.Г. Григорьянца. 2-е изд., стереотип. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. 664 с.

55. Каюков С.В., Гусев А.А. Влияние апертурного угла на эффективность плавления стали импульсным лазерным излучением миллисекундной длительности // Квантовая электроника. 2000. Т. 30, № 4. С. 337-341.

56. Голубев В.С., Лебедев Ф.В. Лазерная техника и технология: в 7 кн. Кн. 2. Инженерные основы создания технологических лазеров: учебное пособие для вузов / Под ред. А.Г. Григорьянца. М.: Высшая школа, 1988. 176 с.

57. Григорьянц А.Г., Соколов А.А. Лазерная техника и технология: в 7 кн. Кн. 7. Лазерная резка металлов: учебное пособие для вузов / Под ред. А.Г. Григорьянца. М.: Высшая школа, 1988. 127 с.

58. Григорьянц А.Г., Казарян М.А., Лябин Н.А. Лазерная прецизионная микрообработка материалов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2017. 416 с.

59. Borkmann M., Mahrle A., Wetzig A. Laser fusion cutting: The missing link between gas dynamics and cut edge topography // J. Laser Appl. 2023. Vol. 35, № 4. P. 042017.

60. Long-pulse fibre laser micro-hole drilling of nickel superalloy / M. Leering [et al.] // 12th CIRP Global Web Conference (CIRPe 2024). 2024.

61. High speed laser drilling of micro-holes for hydrogen applications / M. Leering [et al.] // Laser-based Micro-and Nanoprocessing XVIII. SPIE, 2024.

62. Multi-energy field coupling analysis and experimental validation of picosecond laser drilling assisted by ultrasonic shock-induced water flow / P. Ouyang [et al.] // Defence Technology. 2025.

63. Sahu A.K., Malhotra J., Jha S. Laser-based hybrid micromachining processes: a review // Optics & Laser Technology. 2022. Vol. 146. P. 107554.

64. Laser micro drilling methods for perforation of aircraft suction surfaces / A. Stephen [et al.] // 10th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2018].

65. Improving hole quality of thick CFRP laminates through a laser-mechanical compound drilling process / N. Tao // Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 27. P. 3243-3258.

66. Mohammadi H., Patten J. A. Laser Augmented Diamond Drilling: A New Technique to Drill Hard and Brittle Materials // Procedia Manufacturing. 2016. Vol. 5. P. 1337-1347.

67. Two-side percussion microdrilling method for improved hole accuracy employing a reflective mirror lens / T. Jwad [et al.] // Journal of Laser Applications. 2025. Vol. 37. P. 032012.

68. Fornaroli C., Holtkamp J., Gillner A. Laser-Beam Helical Drilling of High Quality Micro Holes // Physics Procedia. 2013. Vol. 41. P. 661-669.

69. Лин Х.А. Оценка области использования лазерной обработки совмещенными тепловыми источниками. Материалы Всерос. науч.-техн. конф. студ. Машиностроительные технологии. М. 2012. С. 233-234.

70. Лин Х.А. Разработка технологии лазерной обработки сталей совмещенными источниками нагрева для повышения эффективности процесса: автореферат дис. ... канд. техн. наук. - М. 2018. 16 с.

71. Перевертов В.П., Андрончев И.К., Абулкасимов М.М. Технологии обработки материалов концентрированным потоком энергии // Надежность и качество сложных систем. 2015. № 3 (11). С. 69-79.

72. Кукин А.В., Кадыров А.Б. Методы лазерно-плазменной обработки материалов // Студенческий научный журнал «Грани науки». 2013. Т. 1. С. 95-98.

73. Zhang H., Xu J.W. Laser drilling assisted with jet electrochemical machining for machining micro holes without recast layer and spatter // International Journal of Electrochemical Science. 2021. Vol. 16. Article ID 21056.

74. Wang Y.F., Yang F., Zhang W.W. Development of laser and electrochemical machining based on internal total reflection // Journal of the Electrochemical Society. 2019. Vol. 166. P. E481-E489.

75. Saxena K.K., Qian J., Reynaerts D. A tool-based hybrid laser-electrochemical micromachining process: Experimental investigations and synergistic effects // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2020. Vol. 155. P. 103569.

76. Electrochemical corrosion as post-processing for laser drilling / W.Q. Duan [et al.] // Optik. 2020. Vol. 202. P. 163577.

77. Pulse electrochemical machining for recast layer removal of laser drilled micro-holes / X.S. Liu [et al.] // Journal of Xi'an Jiaotong University. 2018. Vol. 52. P. 64-71.

78. High Speed EDM and Laser Drilling of Aerospace Alloys / M. Antar [et al.] // Procedia CIRP. 2016. Vol. 42. P. 526-531.

79. Жадкевич А.М. Лучевые источники нагрева для пайки (Обзор) // Автоматическая сварка. 2005. № 2. С. 56-63.

80. Spatter reduction in deep penetration welding of pure copper using blue-IR hybrid laser // Welding in the World. - 2024. - Vol. 68. - P. 1515-1524.

81. Вынос материала твердой мишени при комбинированном воздействии двух лазерных импульсов разной длительности / Р.В. Арутюнян [и др.] // Квантовая электроника. 1984. Т. 11, № 6. С. 1220-1224.

82. Воздействие лазерного излучения на металлы / Р.В. Арутюнян [и др.]. М.: Наука, 1989. 367 с.

83. Numerical study of the dynamics of the hole formation during drilling with combined ms and ns laser pulses / Y. Qin [et al.] // Optics & Laser Technology. 2019. Vol. 112. P. 8-19.

84. Walther K., Brajdic M., Kreutz E. W. Enhanced processing speed in laser drilling of stainless steel by spatially and temporally superposed pulsed Nd:YAG laser radiation // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2006. Vol. 35, No. 9-10. P. 895-899.

85. Баженов Е.О., Ражева К.В., Русин Е.Е. Размерная обработка керамических материалов комбинацией лазерных импульсов свободной генерации и модулированной добротности. Сборник докладов тринадцатой Всероссийской школы. Саров (Нижегородская обл.). 2023. С. 11-15.

86. Lehane C., Kwok H. S. Enhanced drilling using a dual-pulse Nd: YAG laser // Applied Physics A. 2001. Vol. 73. P. 45-48.

87. Дистанционная обработка металлов излучением двух лазеров / А.Ф. Глова [и др.] // Квантовая электроника. 2002. Т. 32, № 2. С. 169-171.

88. Лукьянцев М.В., Самохвалов А.А. Абляция поверхности титана сдвоенными наносекундными импульсами // Известия вузов. Приборостроение. 2018. Т. 61, № 12. С. 1083-1091.

89. Materials processing by high-repetition-rate pulsed excimer and carbon dioxide lasers / V.N. Anisimov [et al.] // Applied Optics. 1984. Vol. 23, No. 1. P. 1825.

90. Roos S.O. Laser drilling with different pulse shapes // Journal of Applied Physics. 1980. Vol. 51, No. 9. P. 5061-5063.

91. Hong M., Ji L. Femtosecond Laser Micro/Nano-Processing Via Multiple Pulses Incubation // Opto-Electronic Technology. 2025. Vol. 2.

92. Single-crystal silicon ablation with temporally delayed femtosecond laser double-pulse trains / Z. Fan [et al.] // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2024. -Vol. 57, No. 47. - P. 475106.

93. Throughput improvement in femtosecond laser ablation of nickel by double pulses / K. Chu [et al.] // Materials. 2021. Vol. 14, No. 21. P. 6355.

94. Шилов И.В., Федин А.В. Тепловые процессы в материалах, индуцированные высокоинтенсивным лазерным излучением: монография. Ковров: ГОУ ВПО «КГТА им. В.А. Дегтярева», 2010. 156 с.

95. Моделирование теплофизических процессов импульсного лазерного воздействия на металлы / А.А. Углов [и др.]. М.: Наука, 1991. 288 с.

96. Чермошенцева А.А., Плотникова И.С., Карноушенко М.О. Особенности реализации численных схем решения двумерного уравнения теплопроводности в цилиндрических координатах // Вестник Камчатского государственного технического университета. 2011. Вып. 17. С. 79-83.

97. Калитеевский Н.И. Волновая оптика. Учеб. пособие для ун-тов. - 2-е изд., испр. и доп. М.: Высшая школа, 1978. 383 с.

98. Ландсберг Г.С. Оптика. Учеб. пособие: Для вузов. 6-е изд., стереот. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 848 с.

99. Веденов А.А., Гладуш Г.Г. Физические процессы при лазерной обработке материалов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 208 с.

100. Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев [и др.]. Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

101. Взаимодействие лазерного излучения с металлами / А.М. Прохоров [и др.]. М.: Наука, 1988. 537 с.

102. Лазерная обработка конструкционных материалов импульсами сложной временной формы / А.Е. Шепелев [и др.] // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2025. № 5 (373). С. 14-23.

103. Левин Ю.Ю. Исследование и разработка технологического процесса импульсной лазерной сварки тонкостенных алюминиевых конструкций: Автореферат дисс... канд. тех. наук. М., 2008. 24 с.

104. Применение комбинированных миллисекундных и наносекундных импульсов для повышения производительности лазерной обработки / А.Е. Шепелев [и др.] // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2025. Вып. 12. С. 205-213.

105. Григорьева М.С. Исследование процессов плавления и абляции пористых материалов под действием лазерного излучения: дис. ... канд. физ-мат. наук. М., 2024. 143 с.

106. Sturm J., Grosse P., Theiß W. Effective dielectric functions of alkali halide composites and their spectral representation // Z. Phys. B-Condens. Matter. 1991. Vol. 83. P. 361-365.

107. Егоров А.В. Магнитные и электрические характеристики пористых материалов: Автореферат дис. ... канд. физ-мат. наук. Томск, 1994. 20 с.

108. Modeling Exposure of Additively Manufactured Metallic Materials to Laser Pulses of Complex Temporal Shape / S.A. Solokhin, A.E. Shepelev [et al.] // Physics of wave phenomena. 2025. Vol. 33, No 6. P. 463-467.

109. Electrical conductivity and porosity relationship in metal foams / F.G. Cuevas F.G. // J Porous Mater. 2009. Vol. 16. P. 675-681.

110. Исследование отражательно-излучательных характеристик сложных металлических структур, полученных методом аддитивной технологии / Г.В. Поспелов [и др.] // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 5. С. 282-286.

111. Влияние временной формы лазерных импульсов на механизм абляции металлических аддитивных материалов / С.А. Солохин [и др.] Сборник трудов XII Международной конференция «Лазерные, плазменные исследования и технологии - ЛаПлаз-2026». М., 2026. С. 81.

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы «Повышение производительности лазерной постобработки чета.ишческнх деталей, полученных методами аддитивного производства® младшего научного со! рудника Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ковровский государственный техно логический уянверента имени ВЛ* Дегтярева^ Шепелева Александра Евгеньевича

Настоящие актом подтверждается, что основные результаты диссертационной работы Шепелева А.Е. на тему «Повышение прои шодитеэьноста лазерной постобработки металлических деталей, полученных методами аддитивного производства», предстаем лай на соисканий ученой степени кандидата технических наук, прошли практическую апробацию и неттряьзованы ь производственной деятельности предприятия «Конструкторское бюро «Арматура» - филиал Акционерного общества «Государственный космический научно-дрошзодственньш центр имени М,В. Хруниче&а» (входит в структуру госкорпорации «Рос космос»).

Внедрение осуществлено и рамках опытно-технологических работ по изготовлению прототинии специальных изделии (спсцизделий) с применением специализированного комплекса на базе волоконного лазера. Практическая ¡начимоеть работы подтверждена использованием следующих результата: I. Применен ношй энергтоффеКГивиый метод импульсно-нериодической лазерной постобработки перспективных конструкционных и функциональных материалов. Метод адаптирован для финитной обработки деталей, полученных методами аддитивною производства, и позволяет повысить качество их поверхности.

-- ходе опытно-пррмьштенных испытаний проведена количественная оценка эффективности разработанного метода с использованием предложенною автором Критерии - коэффициента интенсификации процесса, что подтвердило преимущество предлагаемых режимов лазерного воздействия.

3. Установлено, что применение определенною Шепелевым А.К. оптимального амид игу дно-времен нога распределения жергии лазерных импульсов на оборудовании оредприя гия обесиечилает:

* Сокращение длительности финишной обработки прототипов Специзделий.

* Уменьшение зоны термического н.шяния (до 10 раз) по сравнению с традиционными режимами обработки.

- Снижение шероховатости поверхности (в 7-10 рач). что соответствует требованиям, Предъявляемым к качеству функциональных поверхностей деталей специального назначения.

Использование результатов диссертационной работы Шепелева А.Ь. способствует повышению прои^пдительности технологических операций и улучшению -эксплуатационных характеристик изготавливаемой продукции.

Главным технолог

КБ «Арматура» филиала АО «ГКНПЦ им, VI.В. Хрчштчева». кандидат технических наук

___-Л .В. Дербенев

« »__ 2026

Подпись Дербенева Л.В. заверяю Начальник отдела кадров КБ «Арматура» -филиала АО«ГК1Ю11 им. М.В. Хруаичена»,