WO2015069145A1 - Method and device for manufacturing a monocoque construction in the form of a single continuous casing - Google Patents

Method and device for manufacturing a monocoque construction in the form of a single continuous casing Download PDF

Info

Publication number
WO2015069145A1
WO2015069145A1 PCT/RU2014/000826 RU2014000826W WO2015069145A1 WO 2015069145 A1 WO2015069145 A1 WO 2015069145A1 RU 2014000826 W RU2014000826 W RU 2014000826W WO 2015069145 A1 WO2015069145 A1 WO 2015069145A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
monocoque
working head
laser
layer
shell
Prior art date
Application number
PCT/RU2014/000826
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Валерий Викторович БАРЫГИН
Original Assignee
Валерий Викторович БАРЫГИН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from RU2013149841/02A external-priority patent/RU2563063C2/en
Application filed by Валерий Викторович БАРЫГИН filed Critical Валерий Викторович БАРЫГИН
Publication of WO2015069145A1 publication Critical patent/WO2015069145A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/188Processes of additive manufacturing involving additional operations performed on the added layers, e.g. smoothing, grinding or thickness control
    • B29C64/194Processes of additive manufacturing involving additional operations performed on the added layers, e.g. smoothing, grinding or thickness control during lay-up
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29DPRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B29D99/001Producing wall or panel-like structures, e.g. for hulls, fuselages, or buildings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00Processes of additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00Materials specially adapted for additive manufacturing

Definitions

  • the claimed technical solution relates to the field of engineering, and in particular to methods and devices for creating in automatic mode, both in the terrestrial atmosphere and beyond, metal-polymer monocoque structures of body parts used mainly in aircraft.
  • the first aircraft were frame structures made of various materials. With the improvement of the frame structure, the latter first found the outer shell, and then got rid of the traditional frame. To ensure sufficient internal space, the frame structure was transformed into a system of frames, spars, stringers and ribs - elements that ensure the strength of the outer shell of the aircraft.
  • This design principle of the airframe became known as a thin monocoque design, or rather a reinforced monocoque.
  • the monocoque is fused as an integral structure, but, nevertheless, it is logically consistent to classify such a structure as a multilayer structure.
  • the monocoque shell is the first layer
  • the power structure (filler or frame) is the second layer
  • this is the third layer, therefore, such a monocoque in the form of an integral structure is sometimes called a multilayer monocoque.
  • a monocoque is a one-piece shell, the shape of which meets the requirements of aerodynamics and at the same time is strong enough to absorb and transmit loads arising from the flight, landing and movement of the aircraft on the ground.
  • Monocoque consists of an outer shell (usually aluminum alloy sheets) with a minimum of supporting structural elements - frames, spars, stringers.
  • An analogue of the proposed method is the method according to the patent of the Russian Federation for the invention .452593 from 1 1 .01 .201 1 year, MP -5: B22F3 / 08, published on June 10, 2012, the subject of which is a method for producing a metal polymer nanocomposite material by explosive pressing.
  • the analogue method uses explosive pressing and includes the placement in a cylindrical ampoule of steel liners and an extruded powder metal-polymer mixture, as well as sand layers in contact with sector explosive charges located on the outer surface of the ampoule, initiating the detonation process in explosive charges and explosive pressing.
  • the difference between the claimed technical solution from the analogue method is manifested in the fact that the claimed technical solution discloses the possibilities of an effective method of manufacturing a multilayer monocoque construction from the point of view of process intensification and accuracy.
  • the main difference is that the analogue has developed a method of manufacturing a material of a flat shape, and the claimed technical solution allows you to design and manufacture shells (cylindrical parts of the body) of almost any desired shape.
  • An analogue method of explosive pressing requires the use of additional structural elements in the form of punches, ampoules, liners, and the container shell, which are removed after completion of the technological process. While in the claimed technical solution, the process proceeds according to the electronic drawing and does not require additional limiting structures.
  • Another analogue of the proposed method is a RF patent for the invention N22351473 dated 03/12/2007, IPC-7: B29C63 / 38, published on 09/20/2008. and a protecting method for manufacturing a protective casing, including sealing the cavity between the outer and inner shells, filling the cavity with thermally insulating material and foaming, the regions of maximum stress concentration on the inner shell being preliminarily determined, the material of the inner shell is fixed on the mandrel, the foaming is carried out simultaneously with the formation of the inner shell and the connection of the formed layers, after removing the mandrel carry out the alignment of the voltage field on the inner shell chke by making cuts along the lines at critical stress distribution and subsequent recovery shells integrity. The integrity of the shells can be restored by installing embedded parts and their fastening or by pouring polymer material into the formed cavity.
  • the difference of the claimed technical solution from the analogue method lies in the fact that the claimed technical solution discloses the possibilities of creating a shell-shell without the use of any mandrels or embedded parts, which eliminates the use of complicated actions.
  • the analogue method when trying to use it, may turn out to be insufficiently functioning, as well as the above analogue, since this method does not solve the problem of increasing the accuracy of manufacturing the case.
  • the closest analogue (prototype) of the claimed method and device for manufacturing a monocoque structure in the form of a single continuous shell is the method and device for laser surfacing according to the patent of the Russian Federation N ° 2228243 (PROTOTYPE), IPC-7: V23K26 / 34, published on 05.10.2004, in which are described:
  • a method for automatically manufacturing an article characterized in that it involves using the description of the article to be manufactured, forming the article on the substrate by heating a localized region of the substrate using an adjustable laser to form a molten bath on it, feeding material into the molten bath using a material supply means to obtain a layer of deposited material with a given height, optical tracking of the height of the layer of deposited material, automatic height control with loya in accordance with the description of the product and moving from one localized area of the substrate to another, while the above steps are repeated until the completion of the manufacture of the product.
  • a system for automatically controlling the layer-by-layer deposition of material on a substrate including an adjustable laser emitting a beam directed to a localized region of the substrate to form a molten bath on it, means for supplying material to the molten bath to melt it with a laser and obtain a layer of deposited material with a given height, as well as optical detection means and a feedback controller for automatic control of the speed of surfacing of the material.
  • the system also comprises an interface for a computerized design system containing a description of the product to be manufactured.
  • This option is an automatic laser cladding control system comprising a beam emitting a laser with beam focusing means on a localized area of the substrate, as well as means for moving the beam emitting the laser and the substrate relative to each other, and means for supplying the material to be melted into the melt bath to accumulate it in a localized area as the material is surfacing and a feedback regulator for perceiving information about the height of the layer of deposited material and automatic regulation I the deposition rate of the material in accordance with a given layer height.
  • the moving means is arranged to move the working table relative to the stationary laser and the material supply means, or the moving means is arranged to move the laser and the material feeding means relative to the fixed working table, the substrate being made of metal and the material supplied to the melt bath is metal powder .
  • the prototype uses a different principle of manufacturing the product by deposition of molten metal powder blown through a nozzle into a laser beam onto a substrate, which use entails the need to focus the powder flow and the laser beam on the melt pool and optical detection the thickness of the deposited layer, described in detail in the prototype.
  • layer-by-layer surfacing is carried out in a horizontal plane, which is technically dictated by the presence of a melt bath and a working table, therefore, the means for moving the laser beam and the substrate relative to each other work in a horizontal plane. Surfacing in a horizontal plane will cause serious difficulties in the manufacture of a cigar-shaped product, for example, an airplane glider with a significant size along the horizontal construction axis.
  • the purpose of the development of the claimed technical solution is the creation of a truly “perfect monocoque”, namely monocoque in the form of a single continuous metal or metal-polymer multilayer shell of the required aerodynamic shape and strength, with the possibility of forming the entire airplane glider from nose to tail in the form of an integral structure, including a shell and a power frame.
  • the essence of the proposed technical solution - the method consists in the fact that the method of manufacturing a monocoque structure, hereinafter monocoque, in the form of a single continuous shell of the desired configuration and aerodynamic shape, passing from the inside into power elements, involves placing a target to perform laser welding, and when implementing the method first, a layered electronic drawing of the monocoque is performed, and the target is placed in a vertical plane and, by means of a working head moving in a vertical plane, on tim sequentially layer by layer, according to electronic fusing monocoque drawing, the working head fusing the metal layer occurs during the partial melting of the laser beam is automatically fed wire of a given profile, composition, and characteristic lateral size, and the monocoque does not make a movement and is fixed as it is manufactured by special mechanized supports, but the working head moves in the process, which is located on technological equipment and carries out coordinated movement in a vertical plane and translational movement relative to the longitudinal construction the axis of the monocoque, while the working head has the ability to perform
  • the automatically fed wire is made of metal.
  • several working heads can be involved at the same time, located on technological equipment that performs coordinated movement in a vertical plane and translational motion relative to the construction axis of the monocoque.
  • the previous layer is heated and the current layer is fused, as well as the external surface is smoothed out, while more than one laser beam is fed into the fusion working zone in order to achieve the specified quality of the monocoque formed, and the external surface is smoothed out by fusion.
  • the laser beam is transmitted via optical fiber to the working head, and the laser power can be no more than 1 kW.
  • work heads that use the wire of the corresponding metal alloy are used respectively, or they use a work head with the ability to extrude resin polymerized in ultraviolet radiation, or a polymer thread is used instead of a metal wire.
  • the manufacture of a monocoque structure in the case when the outer aerodynamic shell transforms into a power structure and then passes into the inner shell is also carried out by layer-by-layer deposition according to electronic drawings, and in order to obtain a wider fusion strip than the characteristic transverse size of the wire, the working head can make oscillatory movements about its own axis.
  • the device for manufacturing a monocoque structure in the form of a single continuous shell of the desired configuration and aerodynamic shape, passing from the inside into power elements includes a target for performing laser fusion of a monocoque and a working head, the stationary target being located in a vertical plane, and the working head is movable in a vertical plane and equipped with technological equipment and optical fiber connecting the working head with a laser, and also includes an automatically supplied metal wire for deposition of a monocoque, fixed as it is manufactured by special mechanized supports.
  • the target is a metal sheet, and there can be more than one working head with a laser located on technological equipment.
  • the metal wire may have a diameter of 0, 10 mm.
  • a diode laser can be used as a laser.
  • a tooling containing a working head and a device for automatically feeding a metal wire can be part of a manipulator having up to five degrees of freedom, mounted on a tooling that has the ability to move perpendicular to the target.
  • a polymer thread may be used in the device.
  • the technical result of the application of the proposed technical solution is to create a method and device for the automatic production, both in the terrestrial atmosphere and beyond, of a multilayer monocoque in the form of a single continuous shell turning into power elements with the possibility of manufacturing complex frame structures in the form of weaving.
  • the shell 2 is equipped with stringers 3, while the target 1 is designed to perform laser welding.
  • the claimed device operates as follows. For the manufacture of monocoque in the form of a cylindrical shell 2, which is a metal cylindrical shell, reinforced from the inside by two 3. metal stringers 3. having an L-shaped form, first create an electronic ZO-model of the shell drawing using the AutoCAD system.
  • a target 1 of a metal sheet is fixedly mounted in a vertical plane so that the longitudinal (hereinafter construction) axis of the future shell 2 passes through the geometrical center of the target O perpendicular to its plane.
  • Technological equipment on which a working head with an automatically feeding metal wire device is mounted is installed with the ability to move the working head in the vertical plane and along the construction axis of the shell 2.
  • the ZO-model is divided into layers in the plane, perp the dicular construction axis of the shell 2.
  • the working head has the ability to perform both vertical movement and translational movement along the construction axis.
  • the working head after the first layer of the shell is deposited on the target with a metal wire automatically fed into the working area, a shell is formed sequentially layer by layer 2.
  • the diode laser operates in the described embodiment, the beam of which is transmitted via optical fiber to the working head. Laser power is about 500 watts.
  • the specific task of manufacturing a monocoque structure To produce a shell 2 with a diameter of 50 mm and a length of 70 mm, which is a copper cylindrical shell 0.5 mm thick reinforced from the inside with two copper stringers 3 1 mm thick, 6 mm high, having an L-shaped shape.
  • the technical process for manufacturing a cylindrical shell is as follows: Create an electronic 3D model of the shell using AutoCAD.
  • a metal target 1 of a copper sheet 2 mm thick and with dimensions exceeding the diameter D of the shell 2 by at least 10% is fixedly mounted so that the construction axis of the future shell 2 passes through the geometric center of the target O perpendicular to its plane.
  • Technological equipment which has a working head with a device that automatically feeds copper wire, is installed with the possibility of moving the working head in a vertical plane and along the construction axis and 2.
  • the SD model is divided into layers 0.5 mm thick in the plane perpendicular to the construction axis of the shell 2.
  • the main working head of RG1 with an automatically feeding copper wire with a diameter of 0.5 mm is installed on the technological equipment, the auxiliary working head of RG2, which warms up the working area of target 1 and then part of the formed shell, and the auxiliary head of the RPG, partially melting the outer back of the working area in order to achieve smoother outer surface of the shell.
  • the working head of the WG2 directs the laser beam fed through the optical fiber to the working area on the target where the shell 2 will be formed.
  • the laser beam power of the working head of the WG2 is such that the working area of the target becomes close to melting.
  • the working head RG1 directs the laser beam fed through the optical fiber to the working area onto the copper wire automatically fed into the working area and fuses it onto the target before metallurgical bonding.
  • the fusion of the wire occurs according to the electronic drawing until the first layer of the shell is completed.
  • the formation of the shell according to the electronic drawing takes place in the process of layer-by-layer deposition of copper wire with both the previous layer and the one being formed.
  • the RGZ working head directs the laser beam fed through the optical fiber to the newly formed outer part of the layer in order to partially melt it.
  • a laser beam is received from a diode laser with a power of about 500 watts.

Abstract

The invention relates to a method and a device for manufacturing a monocoque construction in the form of a single continuous casing. The casing is produced by laser build-up welding on a target with the aid of a laser working head using an electronic drawing produced beforehand. The target remains stationary, while the working head moves in the vertical plane and along the longitudinal axis. For the build-up welding, use is made of a wire of a specified profile and composition which can be fed in automatically. The build-up welding device also comprises a technological assembly and an optical fibre for feeding laser radiation into the working head. As a result, the possibility is provided of producing a construction of a complex profile, in particular the entire airframe of an aeroplane from the nose to the tail in the form of an integral multilayered metal and polymer construction without a single rivet, without welding, without an adhesive joint or connecting elements.

Description

Способ и устройство для изготовления монококовой конструкции в виде единой непрерывной оболочки  Method and device for manufacturing monocoque construction in the form of a single continuous shell
Заявляемое техническое решение относится к области машиностроения, а именно к способам и устройствам создания в автоматическом режиме, как в условиях земной атмосферы, так и за её пределами, металлополимерных монококовых конструкций корпусных деталей, применяемых преимущественно в авиационной технике. The claimed technical solution relates to the field of engineering, and in particular to methods and devices for creating in automatic mode, both in the terrestrial atmosphere and beyond, metal-polymer monocoque structures of body parts used mainly in aircraft.
Первые самолёты представляли собой каркасные конструкции из различных материалов. По мере совершенствования каркасной конструкции последняя обрела сначала внешнюю оболочку, а затем избавилась от традиционного каркаса. Для обеспечения достаточного внутреннего пространства каркасная конструкция трансформировалась в систему шпангоутов, лонжеронов, стрингеров и нервюр, - элементов обеспечивающих прочность внешней оболочки самолёта. Этот принцип конструкции планера самолёта и стал именоваться тонкой монококовой конструкцией, а точнее усиленным монококом.  The first aircraft were frame structures made of various materials. With the improvement of the frame structure, the latter first found the outer shell, and then got rid of the traditional frame. To ensure sufficient internal space, the frame structure was transformed into a system of frames, spars, stringers and ribs - elements that ensure the strength of the outer shell of the aircraft. This design principle of the airframe became known as a thin monocoque design, or rather a reinforced monocoque.
В заявляемом техническом решении производится наплавление монокока как цельной конструкции, но, тем не менее, логически непротиворечиво классифицировать такую конструкцию как многослойную конструкцию. При обычном изготовлении оболочка монокока является первым слоем, силовая конструкция (заполнитель или каркас) - вторым слоем и если есть также внутренняя оболочка - то это третий слой, поэтому подобный монокок в виде цельной конструкции в некоторых случаях называют многослойным монококом.  In the claimed technical solution, the monocoque is fused as an integral structure, but, nevertheless, it is logically consistent to classify such a structure as a multilayer structure. In conventional manufacturing, the monocoque shell is the first layer, the power structure (filler or frame) is the second layer, and if there is also an inner shell, this is the third layer, therefore, such a monocoque in the form of an integral structure is sometimes called a multilayer monocoque.
Монокок - это цельная оболочка, форма которой удовлетворяет требованиям аэродинамики и в то же время является достаточно прочной для того, чтобы воспринимать и передавать нагрузки, возникающие при полёте, посадке и движении самолёта по земле. Монокок состоит из внешней оболочки (обычно листы алюминиевого сплава) с минимумом подкрепляющих конструктивных элементов - шпангоутов, лонжеронов, стрингеров.  A monocoque is a one-piece shell, the shape of which meets the requirements of aerodynamics and at the same time is strong enough to absorb and transmit loads arising from the flight, landing and movement of the aircraft on the ground. Monocoque consists of an outer shell (usually aluminum alloy sheets) with a minimum of supporting structural elements - frames, spars, stringers.
Аналогом заявляемого способа является способ по патенту РФ на изобретение .452593 от 1 1 .01 .201 1 г., МП -5: B22F3/08, опубликованному 10.06.2012г., предметом которого является способ получения металлополимерного нанокомпозиционного материала путем взрывного прессования. Способ-аналог использует взрывное прессование и включает размещение в цилиндрической ампуле стальных вкладышей и прессуемой порошковой металлополимерной смеси, а также песчаных прослоек, контактирующих с секторными зарядами взрывчатого вещества, расположенными на наружной поверхности ампулы, инициирование процесса детонации в зарядах взрывчатого вещества и взрывное прессование. An analogue of the proposed method is the method according to the patent of the Russian Federation for the invention .452593 from 1 1 .01 .201 1 year, MP -5: B22F3 / 08, published on June 10, 2012, the subject of which is a method for producing a metal polymer nanocomposite material by explosive pressing. The analogue method uses explosive pressing and includes the placement in a cylindrical ampoule of steel liners and an extruded powder metal-polymer mixture, as well as sand layers in contact with sector explosive charges located on the outer surface of the ampoule, initiating the detonation process in explosive charges and explosive pressing.
Общие признаки способа-аналога и заявляемого технического решения: получение металлополимерного материала.  General features of the method-analogue and the claimed technical solution: obtaining a metal-polymer material.
Отличие заявляемого технического решения от способа-аналога проявляется в том, что в заявляемом техническом решении раскрыты возможности эффективного, с точки зрения интенсификации процесса и точности выполнения способа изготовления многослойной монококовой конструкции. Главным отличием является то, что в аналоге разработан способ изготовления материала плоской формы, а заявляемое техническое решение позволяет конструировать и изготавливать обечайки (цилиндрические части корпуса) практически любой требуемой формы.  The difference between the claimed technical solution from the analogue method is manifested in the fact that the claimed technical solution discloses the possibilities of an effective method of manufacturing a multilayer monocoque construction from the point of view of process intensification and accuracy. The main difference is that the analogue has developed a method of manufacturing a material of a flat shape, and the claimed technical solution allows you to design and manufacture shells (cylindrical parts of the body) of almost any desired shape.
Способ-аналог взрывного прессования требует применения дополнительных конструктивных элементов в виде пуансонов, ампулы, вкладышей и оболочки контейнера, которые после заввершения технологического процесса удаляют. В то время как в заявленном техническом решении процесс идёт по электронному чертежу и не требует дополнительных ограничивающих конструкций.  An analogue method of explosive pressing requires the use of additional structural elements in the form of punches, ampoules, liners, and the container shell, which are removed after completion of the technological process. While in the claimed technical solution, the process proceeds according to the electronic drawing and does not require additional limiting structures.
Другим аналогом заявляемого способа является патент РФ на изобретение N22351473 от 12.03.2007г., МПК-7: В29С63/38, опубликованный 20.09.2008г. и зищищающий способ изготовления защитного корпуса, включающий герметизацию полости между наружной и внутренней оболочками, заполнение полости термоизоляционным материалом и вспенивание, при этом предварительно определяют области максимальной концентрации напряжений на внутренней оболочке, материал внутренней оболочки фиксируют на оправке, вспенивание осуществляют одновременно с формированием внутренней оболочки и соединением образующихся слоев, после снятия оправки осуществляют выравнивание поля напряжения на внутренней оболочке путем выполнения надрезов по линиям с критическим уровнем распределения напряжений и последующее восстановление целостности оболочек. Восстановление целостности оболочек может осуществляться путем установки закладных деталей и их креплением либо путем заливки полимерного материала в образовавшиеся полости. Another analogue of the proposed method is a RF patent for the invention N22351473 dated 03/12/2007, IPC-7: B29C63 / 38, published on 09/20/2008. and a protecting method for manufacturing a protective casing, including sealing the cavity between the outer and inner shells, filling the cavity with thermally insulating material and foaming, the regions of maximum stress concentration on the inner shell being preliminarily determined, the material of the inner shell is fixed on the mandrel, the foaming is carried out simultaneously with the formation of the inner shell and the connection of the formed layers, after removing the mandrel carry out the alignment of the voltage field on the inner shell chke by making cuts along the lines at critical stress distribution and subsequent recovery shells integrity. The integrity of the shells can be restored by installing embedded parts and their fastening or by pouring polymer material into the formed cavity.
Общие признаки способа-прототипа и заявляемого технического решения: наличие формирования оболочки и соединения образующихся слоев.  Common features of the prototype method and the claimed technical solution: the presence of the formation of the shell and the connection of the formed layers.
Отличие заявляемого технического решения от способа-аналога заключается в том, что в заявляемом техническом решении раскрыты возможности создания корпуса-обечайки без использования каких-либо оправок или закладных деталей, что избавляет от применения усложнённых действий.  The difference of the claimed technical solution from the analogue method lies in the fact that the claimed technical solution discloses the possibilities of creating a shell-shell without the use of any mandrels or embedded parts, which eliminates the use of complicated actions.
Следует отметить, что способ-аналог, при попытке применения, может оказаться недостаточно хорошо функционирующим, также как и вышеприведенный аналог, поскольку этот способ не решает задачу повышения точности изготовления корпуса.  It should be noted that the analogue method, when trying to use it, may turn out to be insufficiently functioning, as well as the above analogue, since this method does not solve the problem of increasing the accuracy of manufacturing the case.
Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемых способа и устройства для изготовления монококовой конструкции в виде единой непрерывной оболочки является способ и устройство для лазерной наплавки по патенту РФ N°2228243 (ПРОТОТИП), МПК-7: В23К26/34, опубликованному 10.05.2004, в котором описаны:  The closest analogue (prototype) of the claimed method and device for manufacturing a monocoque structure in the form of a single continuous shell is the method and device for laser surfacing according to the patent of the Russian Federation N ° 2228243 (PROTOTYPE), IPC-7: V23K26 / 34, published on 05.10.2004, in which are described:
по способу - способ автоматического изготовления изделия, характеризующийся тем, что включает использование описания изделия, подлежащего изготовлению, формирование изделия на подложке путем нагрева локализованного участка подложки при помощи регулируемого лазера для формирования на нём ванны расплава, подачу материала в ванну расплава с помощью средства подачи материала для получения слоя наплавленного материала с заданной высотой, оптическое отслеживание высоты слоя наплавленного материала, автоматическое регулирование высоты слоя в соответствии с описанием изделия и перемещение из одного локализованного участка подложки на другой, при этом упомянутые этапы повторяют вплоть до завершения изготовления изделия.  according to the method, a method for automatically manufacturing an article, characterized in that it involves using the description of the article to be manufactured, forming the article on the substrate by heating a localized region of the substrate using an adjustable laser to form a molten bath on it, feeding material into the molten bath using a material supply means to obtain a layer of deposited material with a given height, optical tracking of the height of the layer of deposited material, automatic height control with loya in accordance with the description of the product and moving from one localized area of the substrate to another, while the above steps are repeated until the completion of the manufacture of the product.
по устройству - система автоматического регулирования послойной наплавки материала на подложке, включающая регулируемый лазер, испускающий луч, направленный в локализованный участок подложки для образования на нём ванны расплава, средство подачи материала в ванну расплава для его плавления лазером и получения слоя наплавленного материала с заданной высотой, а также средство оптического детектирования и регулятор с обратной связью для автоматического регулирования скорости наплавки материала. Система также содержит интерфейс для компьютеризированной системы проектирования, содержащей описание изделия, подлежащего изготовлению. При этом вариантом является автоматическая система регулирования лазерной наплавки, содержащая испускающий луч лазер со средством фокусировки луча на локализованном участке подложки, а также средство перемещения испускающего луч лазера и подложки относительно друг друга, и средство подачи материала, подлежащего плавлению, в ванну расплава для его накопления в локализованном участке по мере наплавки материала и регулятор с обратной связью для восприятия информации о высоте слоя наплавленного материала и автоматического регулирования скорости наплавки материала в соответствии с заданной высотой слоя. При этом средство перемещения выполнено с возможностью перемещения рабочего стола относительно неподвижных лазера и средства подачи материала либо средство перемещения выполнено с возможностью перемещения лазера и средства подачи материала относительно неподвижного рабочего стола, причем подложка выполнена металлической, а материал, подаваемый в ванну расплава, является металлическим порошком. according to the device, a system for automatically controlling the layer-by-layer deposition of material on a substrate, including an adjustable laser emitting a beam directed to a localized region of the substrate to form a molten bath on it, means for supplying material to the molten bath to melt it with a laser and obtain a layer of deposited material with a given height, as well as optical detection means and a feedback controller for automatic control of the speed of surfacing of the material. The system also comprises an interface for a computerized design system containing a description of the product to be manufactured. This option is an automatic laser cladding control system comprising a beam emitting a laser with beam focusing means on a localized area of the substrate, as well as means for moving the beam emitting the laser and the substrate relative to each other, and means for supplying the material to be melted into the melt bath to accumulate it in a localized area as the material is surfacing and a feedback regulator for perceiving information about the height of the layer of deposited material and automatic regulation I the deposition rate of the material in accordance with a given layer height. In this case, the moving means is arranged to move the working table relative to the stationary laser and the material supply means, or the moving means is arranged to move the laser and the material feeding means relative to the fixed working table, the substrate being made of metal and the material supplied to the melt bath is metal powder .
Общие признаки прототипа и заявляемого технического решения: наличие лазера, материала для его плавления лазером, средства перемещения испускающего луч лазера и подложки относительно друг друга, и средства подачи материала, подлежащего плавлению, а также компьютеризированной системы проектирования, содержащей описание изделия, подлежащего изготовлению. Общие признаки включают компьютеризированную систему проектирования, содержащую описание изделия, подлежащего изготовлению, аналогичную применяемой при работе заявляемого технического решения системе изготовления электронного чертежа монокока. Однако компьютеризованная система не является частью устройства, а является отдельным устройством, поэтому в дальнейшем рассмотрении наличие компьютеризированной системы проектирования не учитывается.  General features of the prototype and the claimed technical solution: the presence of a laser, a material for its melting by a laser, means for moving the emitting laser beam and the substrate relative to each other, and means for supplying the material to be melted, as well as a computerized design system containing a description of the product to be manufactured. Common features include a computerized design system containing a description of the product to be manufactured, similar to that used in the operation of the claimed technical solution, the manufacturing system of the electronic drawing of a monocoque. However, the computerized system is not part of the device, but is a separate device, so the further consideration of the computerized design system is not taken into account.
Отличия прототипа от заявляемого технического решения: в прототипе применён иной принцип изготовления изделия путём осаждения на подложку расплавленного металлического порошка вдуваемого через сопло в лазерный луч, каковое использование влечёт за собой необходимость софокусировки потока порошка и лазерного луча на зоне ванны расплава и оптического детектирования толщины наплавляемого слоя, подробно описанных в прототипе. Кроме того, в прототипе послойная наплавка ведётся в горизонтальной плоскости, которая технически продиктована наличием ванны расплава и рабочего стола, поэтому средство перемещения испускающего луч лазера и подложки относительно друг друга работает в горизонтальной плоскости. Наплавка в горизонтальной плоскости вызовет серьёзные трудности при изготовлении изделия сигарообразной формы, например, планера самолёта со значительным размером вдоль горизонтальной строительной оси. Differences between the prototype and the claimed technical solution: the prototype uses a different principle of manufacturing the product by deposition of molten metal powder blown through a nozzle into a laser beam onto a substrate, which use entails the need to focus the powder flow and the laser beam on the melt pool and optical detection the thickness of the deposited layer, described in detail in the prototype. In addition, in the prototype, layer-by-layer surfacing is carried out in a horizontal plane, which is technically dictated by the presence of a melt bath and a working table, therefore, the means for moving the laser beam and the substrate relative to each other work in a horizontal plane. Surfacing in a horizontal plane will cause serious difficulties in the manufacture of a cigar-shaped product, for example, an airplane glider with a significant size along the horizontal construction axis.
Недостатки прототипа устранены в заявляемом техническом решении путём применения послойной наплавки в вертикальной плоскости и того, что в качестве автоматически подающегося наплавляемого материала применяется проволока, исключающая применение ванны расплава с устройствами оптического дете ктирования .  The disadvantages of the prototype are eliminated in the claimed technical solution by using layer-by-layer surfacing in a vertical plane and the use of a wire as an automatically supplied deposited material, eliminating the use of a melt bath with optical detection devices.
Цель разработки заявляемого технического решения - создание действительно «идеального монокока», а именно монокока в виде единой непрерывной металлической или металлополимерной многослойной оболочки требуемой аэродинамической формы и прочности с достижением возможности формирования всего планера самолёта от носа до хвоста в виде цельной конструкции, включающей оболочку и силовой каркас.  The purpose of the development of the claimed technical solution is the creation of a truly “perfect monocoque”, namely monocoque in the form of a single continuous metal or metal-polymer multilayer shell of the required aerodynamic shape and strength, with the possibility of forming the entire airplane glider from nose to tail in the form of an integral structure, including a shell and a power frame.
Техническая задача - разработка способа и устройства, позволяющих создавать монококовый корпус самолёта без единой заклёпки, без сварки, склейки или соединительных элементов, - может быть, лишь за исключением места крепления крыла к фюзеляжу (фланцевое соединение).  The technical task - the development of a method and device that allows you to create a monocoque aircraft body without a single rivet, without welding, gluing or connecting elements - maybe only with the exception of the place of attachment of the wing to the fuselage (flange connection).
Сущность заявляемого технического решения - способа состоит в том, что способ изготовления монококовой конструкции, далее монокока, в виде единой непрерывной оболочки требуемой конфигурации и аэродинамической формы, переходящей изнутри в силовые элементы, включает размещение мишени для выполнения работ по лазерному наплавлению, причем при реализации способа сначала выполняют послойный электронный чертёж монокока, а мишень располагают в вертикальной плоскости и посредством рабочей головки, двигающейся в вертикальной плоскости, на мишени последовательно слой за слоем, наплавляют монокок согласно электронному чертежу, при этом наплавление рабочей головкой металлического слоя происходит в процессе частичного расплавления лазерным лучом автоматически подающейся проволоки заданного профиля, состава и характерного поперечного размера, причём монокок движение не совершает и фиксируется по мере его изготовления специальными механизированными опорами, а движется в процессе выполнения способа рабочая головка, располагающаяся на технологической оснастке и осуществляющая согласованное движение в вертикальной плоскости и поступательное движение относительно продольной строительной оси монокока, при этом рабочая головка имеет возможность совершать как движение в вертикальной плоскости, так и поступательное движение вдоль строительной оси. При этом автоматически подающаяся проволока изготовлена из металла. В рабочем процессе одновременно могут быть задействованы несколько рабочих головок, располагающихся на технологической оснастке, осуществляющей согласованное движение в вертикальной плоскости и поступательное движение относительно строительной оси монокока. В процессе реализации способа одновременно производят подогрев предыдущего слоя и наплавление текущего слоя, а также сглаживание внешней поверхности, при этом подают в рабочую зону наплавления более одного лазерного луча в целях достижения заданного качества образующегося монокока, причём сглаживание внешней поверхности производят посредством оплавления. Лазерный луч передаётся посредством оптоволокна к рабочей головке, а мощность лазера может составлять не более 1 кВт. В случаях, когда чертежом задают конструкцию с выполнением оболочки, каркаса и внутренней оболочки из разных материалов либо реализуют сложные каркасные конструкции в виде плетения, то соответственно задействуются рабочие головки, использующие проволоку соответствующего металлического сплава либо используют рабочую головку с возможностью либо выдавливания смолы, полимеризующейся в ультрафиолете, либо применяют вместо металлической проволоки полимерную нить. Изготовление монококовой конструкции в случае, когда внешняя аэродинамическая оболочка переходит в силовую конструкцию, а затем переходит во внутреннюю оболочку, осуществляется также посредством послойного наплавления согласно электронным чертежам, а с целью получения более широкой полосы наплавления, чем характерный поперечный размер проволоки, рабочая головка может совершать колебательные движения относительно собственной оси. The essence of the proposed technical solution - the method consists in the fact that the method of manufacturing a monocoque structure, hereinafter monocoque, in the form of a single continuous shell of the desired configuration and aerodynamic shape, passing from the inside into power elements, involves placing a target to perform laser welding, and when implementing the method first, a layered electronic drawing of the monocoque is performed, and the target is placed in a vertical plane and, by means of a working head moving in a vertical plane, on tim sequentially layer by layer, according to electronic fusing monocoque drawing, the working head fusing the metal layer occurs during the partial melting of the laser beam is automatically fed wire of a given profile, composition, and characteristic lateral size, and the monocoque does not make a movement and is fixed as it is manufactured by special mechanized supports, but the working head moves in the process, which is located on technological equipment and carries out coordinated movement in a vertical plane and translational movement relative to the longitudinal construction the axis of the monocoque, while the working head has the ability to perform both movement in a vertical plane, and translationally e movement along the construction axis. In this case, the automatically fed wire is made of metal. In the working process, several working heads can be involved at the same time, located on technological equipment that performs coordinated movement in a vertical plane and translational motion relative to the construction axis of the monocoque. In the process of implementing the method, the previous layer is heated and the current layer is fused, as well as the external surface is smoothed out, while more than one laser beam is fed into the fusion working zone in order to achieve the specified quality of the monocoque formed, and the external surface is smoothed out by fusion. The laser beam is transmitted via optical fiber to the working head, and the laser power can be no more than 1 kW. In cases where a design is specified with a drawing of a shell, carcass, and inner shell of different materials or complex frame structures in the form of weaving are realized, work heads that use the wire of the corresponding metal alloy are used respectively, or they use a work head with the ability to extrude resin polymerized in ultraviolet radiation, or a polymer thread is used instead of a metal wire. The manufacture of a monocoque structure in the case when the outer aerodynamic shell transforms into a power structure and then passes into the inner shell is also carried out by layer-by-layer deposition according to electronic drawings, and in order to obtain a wider fusion strip than the characteristic transverse size of the wire, the working head can make oscillatory movements about its own axis.
Сущность заявляемого технического решения - устройства состоит в том, что устройство для изготовления монококовой конструкции в виде единой непрерывной оболочки требуемой конфигурации и аэродинамической формы, переходящей изнутри в силовые элементы, включает мишень для выполнения работ по лазерному наплавлению монокока и рабочую головку, причем неподвижная мишень расположена в вертикальной плоскости, а рабочая головка выполнена с возможностью движения в вертикальной плоскости и снабжена технологической оснасткой и оптоволокном, связывающим рабочую головку с лазером, а также включает автоматически подающуюся металлическую проволоку для наплавления монокока, фиксируемого по мере его изготовления специальными механизированными опорами. При этом мишень представляет собой металлический лист, а рабочих головок с лазером, располагающихся на технологической оснастке, может быть больше одной. Металлическая проволока может иметь диаметр от 0, 10 мм. В качестве лазера может быть использован диодный лазер. Технологическая оснастка, содержащая рабочую головку и устройство автоматической подачи металлической проволоки может являться частью манипулятора, имеющего до пяти степеней свободы, закреплённого на оснастке, имеющей возможность передвигаться перпендикулярно относительно мишени. В устройстве вместо металлической проволоки может использоваться полимерная нить. The essence of the claimed technical solution - the device consists in the fact that the device for manufacturing a monocoque structure in the form of a single continuous shell of the desired configuration and aerodynamic shape, passing from the inside into power elements, includes a target for performing laser fusion of a monocoque and a working head, the stationary target being located in a vertical plane, and the working head is movable in a vertical plane and equipped with technological equipment and optical fiber connecting the working head with a laser, and also includes an automatically supplied metal wire for deposition of a monocoque, fixed as it is manufactured by special mechanized supports. At the same time, the target is a metal sheet, and there can be more than one working head with a laser located on technological equipment. The metal wire may have a diameter of 0, 10 mm. As a laser, a diode laser can be used. A tooling containing a working head and a device for automatically feeding a metal wire can be part of a manipulator having up to five degrees of freedom, mounted on a tooling that has the ability to move perpendicular to the target. Instead of a metal wire, a polymer thread may be used in the device.
Технический результат применения заявляемого технического решения заключается в создании способа и устройства для изготовления в автоматическом режиме как в условиях земной атмосферы, так и за её пределами, многослойного монокока в виде единой непрерывной оболочки переходящей в силовые элементы с возможностью изготовления сложных каркасных конструкций в виде плетения.  The technical result of the application of the proposed technical solution is to create a method and device for the automatic production, both in the terrestrial atmosphere and beyond, of a multilayer monocoque in the form of a single continuous shell turning into power elements with the possibility of manufacturing complex frame structures in the form of weaving.
Сущность заявляемого технического решения проиллюстрирована чертежом варианта исполнения цилиндрической части корпуса, а именно обечайки, в виде тонкостенного усиленного монокока, где:  The essence of the claimed technical solution is illustrated by a drawing of an embodiment of the cylindrical part of the body, namely the shell, in the form of a thin-walled reinforced monocoque, where:
1 - мишень;  1 - target;
2 - обечайка;  2 - shell;
3 - стрингер.  3 - stringer.
Обечайка 2 снабжена стрингерами 3, при этом мишень 1 предназначена для выполнения работ по лазерному наплавлению.  The shell 2 is equipped with stringers 3, while the target 1 is designed to perform laser welding.
Заявленное устройство работает следующим образом. Для изготовления монокока в виде цилиндрической обечайки 2, представляющей собой металлическую цилиндрическую оболочку, усиленную изнутри двумя металлическими стрингерами 3. имеющими Г-образную форму, сначала создают с помощью системы AutoCAD электронную ЗО-модель чертежа обечайки. The claimed device operates as follows. For the manufacture of monocoque in the form of a cylindrical shell 2, which is a metal cylindrical shell, reinforced from the inside by two 3. metal stringers 3. having an L-shaped form, first create an electronic ZO-model of the shell drawing using the AutoCAD system.
В вертикальной плоскости неподвижно устанавливают мишень 1 из металлического листа таким образом, чтобы через геометрический центр мишени О перпендикулярно её плоскости проходила продольная (далее строительная) ось будущей обечайки 2. Технологическое оборудование, на котором установлена рабочая головка с автоматически подающим металлическую проволоку устройством, устанавливают с возможностью перемещения рабочей головки в вертикальной плоскости и вдоль строительной оси обечайки 2. Далее ЗО-модель разбивают на слои в плоскости, перпендикулярной строительной оси обечайки 2. Рабочая головка имеет возможность совершать как движение в вертикальной плоскости, так и поступательное движение вдоль строительной оси. Рабочей головкой, согласно 3D модели чертежа, после наплавления на мишени первого слоя обечайки металлической проволокой автоматически подающейся в рабочую зону, последовательно слой за слоем формируют обечайку 2. Работает в описываемом варианте диодный лазер, луч которого передаётся посредством оптоволокна в рабочую головку. Мощность лазера около 500 Ватт.  A target 1 of a metal sheet is fixedly mounted in a vertical plane so that the longitudinal (hereinafter construction) axis of the future shell 2 passes through the geometrical center of the target O perpendicular to its plane. Technological equipment on which a working head with an automatically feeding metal wire device is mounted is installed with the ability to move the working head in the vertical plane and along the construction axis of the shell 2. Next, the ZO-model is divided into layers in the plane, perp the dicular construction axis of the shell 2. The working head has the ability to perform both vertical movement and translational movement along the construction axis. The working head, according to the 3D model of the drawing, after the first layer of the shell is deposited on the target with a metal wire automatically fed into the working area, a shell is formed sequentially layer by layer 2. The diode laser operates in the described embodiment, the beam of which is transmitted via optical fiber to the working head. Laser power is about 500 watts.
ПРИМЕР конкретного выполнения заявленного способа изготовления монокока в виде обечайки.  An EXAMPLE of a specific implementation of the claimed method of manufacturing a monocoque in the form of a shell.
Конкретная задача изготовления монококовой конструкции: Изготовить обечайку 2 диаметром 50мм и длиной 70мм, представляющую собой медную цилиндрическую оболочку толщиной 0.5мм усиленную изнутри двумя медными стрингерами 3 толщиной 1 мм, высотой 6 мм, имеющими Г-образную форму.  The specific task of manufacturing a monocoque structure: To produce a shell 2 with a diameter of 50 mm and a length of 70 mm, which is a copper cylindrical shell 0.5 mm thick reinforced from the inside with two copper stringers 3 1 mm thick, 6 mm high, having an L-shaped shape.
Технический процесс изготовления цилиндрической обечайки заключается в следующем: Создают с помощью системы AutoCAD электронную ЗО-модель чертежа обечайки.  The technical process for manufacturing a cylindrical shell is as follows: Create an electronic 3D model of the shell using AutoCAD.
В вертикальной плоскости неподвижно устанавливают металлическую мишень 1 из медного листа толщиной 2мм и размерами, превышающими диаметр D обечайки 2 не менее чем на 10% таким образом, чтобы через геометрический центр мишени О перпендикулярно её плоскости проходила Строительная ось будущей обечайки 2. Технологическое оборудование, на котором установлена рабочая головка с автоматически подающим медную проволоку устройством, устанавливают с возможностью перемещения рабочей головки в вертикальной плоскости и вдоль строительной оси обечайки 2. SD-модель разбивают на слои толщиной 0.5мм в плоскости, перпендикулярной строительной оси обечайки 2. In a vertical plane, a metal target 1 of a copper sheet 2 mm thick and with dimensions exceeding the diameter D of the shell 2 by at least 10% is fixedly mounted so that the construction axis of the future shell 2 passes through the geometric center of the target O perpendicular to its plane. Technological equipment which has a working head with a device that automatically feeds copper wire, is installed with the possibility of moving the working head in a vertical plane and along the construction axis and 2. The SD model is divided into layers 0.5 mm thick in the plane perpendicular to the construction axis of the shell 2.
На технологическом оборудовании устанавливается основная рабочая головка РГ1 с автоматически подающим медную проволоку диаметром 0.5мм устройством, вспомогательная рабочая головка РГ2, осуществляющая прогрев рабочей области мишени 1 и далее части сформированной обечайки и вспомогательная головка РГЗ, осуществляющая частичное оплавление внешней задней части рабочей области с целью достижения более гладкой внешней поверхности обечайки.  The main working head of RG1 with an automatically feeding copper wire with a diameter of 0.5 mm is installed on the technological equipment, the auxiliary working head of RG2, which warms up the working area of target 1 and then part of the formed shell, and the auxiliary head of the RPG, partially melting the outer back of the working area in order to achieve smoother outer surface of the shell.
Рабочая головка РГ2 направляет подающийся через оптоволокно луч лазера в рабочую область на мишени где будет формироваться обечайка 2. Мощность лазерного луча рабочей головки РГ2 такова, что приводит рабочую область мишени в состояние близкое к плавлению. Далее рабочая головка РГ1 направляет подающийся через оптоволокно луч лазера в рабочую область на автоматически подающуюся в рабочую область медную проволоку и наплавляет её на мишень до металлургического связывания.  The working head of the WG2 directs the laser beam fed through the optical fiber to the working area on the target where the shell 2 will be formed. The laser beam power of the working head of the WG2 is such that the working area of the target becomes close to melting. Next, the working head RG1 directs the laser beam fed through the optical fiber to the working area onto the copper wire automatically fed into the working area and fuses it onto the target before metallurgical bonding.
Наплавление проволоки происходит согласно электронного чертежа до тех пор, пока не завершится первый слой обечайки. Формирование обечайки согласно электронного чертежа происходит в процессе послойного наплавления медной проволокой как с предшествующим слоем, так и с образуемым. С целью получения более гладкой внешней поверхности обечайки рабочая головка РГЗ направляет подающийся через оптоволокно луч лазера на только что сформировавшуюся внешнюю часть слоя с целью её частичного оплавления.  The fusion of the wire occurs according to the electronic drawing until the first layer of the shell is completed. The formation of the shell according to the electronic drawing takes place in the process of layer-by-layer deposition of copper wire with both the previous layer and the one being formed. In order to obtain a smoother outer surface of the shell, the RGZ working head directs the laser beam fed through the optical fiber to the newly formed outer part of the layer in order to partially melt it.
Лазерный луч получают от диодного лазера мощностью около 500 Ватт. A laser beam is received from a diode laser with a power of about 500 watts.
В уровне техники не обнаружено подобного сочетания технической эффективности и экономичности, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение соответствует критериям «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость». The prior art has not found such a combination of technical efficiency and economy, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of "novelty", "inventive step" and "industrial applicability".

Claims

Ф О Р М У Л А И З О Б Р Е Т Е Н И Я Способ и устройство для изготовления монококовой конструкции в виде единой непрерывной оболочки FORMULA AND ZOBRETENI A Method and device for manufacturing a monocoque structure in the form of a single continuous shell
1. Способ изготовления монококовой конструкции в виде единой непрерывной оболочки требуемой конфигурации и аэродинамической формы, переходящей изнутри в силовые элементы, включающий размещение мишени для выполнения работ по лазерному наплавлению, отличающийся тем, что сначала выполняют послойный электронный чертёж монокока, а мишень располагают в вертикальной плоскости и посредством рабочей головки, двигающейся в вертикальной плоскости, на мишени последовательно слой за слоем, наплавляют монокок согласно электронному чертежу, при этом наплавление рабочей головкой металлического слоя происходит в процессе частичного расплавления лазерным лучом автоматически подающейся проволоки заданного профиля, состава и характерного поперечного размера, причем монокок движение не совершает и фиксируется по мере его изготовления специальными механизированными опорами, а движется в процессе выполнения способа рабочая головка, располагающаяся на технологической оснастке и осуществляющая согласованное движение в вертикальной плоскости и поступательное движение относительно продольной строительной оси монокока, при этом рабочая головка имеет возможность совершать как движение в вертикальной плоскости, так и поступательное движение вдоль строительной оси. 1. A method of manufacturing a monocoque structure in the form of a single continuous shell of the desired configuration and aerodynamic shape, turning from the inside into power elements, including placing the target for laser fusion, characterized in that the electronic layer drawing of the monocoque is first performed, and the target is placed in a vertical plane and by means of a working head moving in a vertical plane, a monocoque is deposited sequentially layer by layer on the target according to the electronic drawing, at ohm, the working layer is melted by the working head of the metal layer in the process of partial laser beam melting of the automatically fed wire of a given profile, composition and characteristic transverse size, and the monocoque does not make a movement and is fixed as it is manufactured by special mechanized supports, but the working head moves during the process on technological equipment and carrying out coordinated movement in a vertical plane and translational motion relative to about the longitudinal construction axis of the monocoque, while the working head has the ability to perform both movement in a vertical plane and translational movement along the construction axis.
2. Способ по п.1 , отличающийся тем, что автоматически подающаяся проволока изготовлена из металла.  2. The method according to claim 1, characterized in that the automatically fed wire is made of metal.
3. Способ по п.1 , отличающийся тем, что в рабочем процессе одновременно могут быть задействованы несколько рабочих головок, располагающихся на технологической оснастке, осуществляющей согласованное движение в вертикальной плоскости и поступательное движение относительно строительной оси монокока.  3. The method according to claim 1, characterized in that in the working process several workheads can be involved at the same time, located on technological equipment that performs coordinated movement in a vertical plane and translational motion relative to the construction axis of the monocoque.
4. Способ по пп.1 -3, отличающийся тем, что одновременно производят подогрев предыдущего слоя и наплавление текущего слоя, при этом подают в рабочую зону наплавления более одного лазерного луча в целях достижения заданного качества образующегося монокока. 4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that at the same time the previous layer is heated and the current layer is deposited, while more than one laser beam is fed into the working area of the deposition in order to achieve the specified quality of the monocoque formed.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что одновременно производят подогрев предыдущего слоя, наплавление текущего слоя и сглаживание внешней поверхности, при этом подают в рабочую зону наплавления более одного лазерного луча в целях достижения заданного качества образующегося монокока. 5. The method according to claim 4, characterized in that at the same time the previous layer is heated, the current layer is fused and the external surface is smoothed out, while more than one laser beam is fed into the working area of the fusion in order to achieve the specified quality of the monocoque formed.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что сглаживание внешней поверхности производят посредством оплавления.  6. The method according to claim 5, characterized in that the smoothing of the outer surface is carried out by reflow.
7. Способ по п.1 , отличающийся тем, что лазерный луч передаётся посредством оптоволокна к рабочей головке.  7. The method according to claim 1, characterized in that the laser beam is transmitted via optical fiber to the working head.
8. Способ по пп.1 ,7, отличающийся тем, что мощность лазера составляет не более 1 кВт.  8. The method according to claims 1, 7, characterized in that the laser power is not more than 1 kW.
9. Способ по п.1 , отличающийся тем, что в случаях, когда чертежом задают конструкцию с выполнением оболочки, каркаса и внутренней оболочки из разных материалов либо реализуют сложные каркасные конструкции в виде плетения, то соответственно задействуются рабочие головки, использующие проволоку соответствующего металлического сплава либо используют рабочую головку с возможностью либо выдавливания смолы, полимеризующейся в ультрафиолете, либо применения вместо металлической проволоки полимерной нити.  9. The method according to claim 1, characterized in that in cases where the design is specified by drawing the shell, frame and inner shell of different materials or complex frame structures are realized in the form of weaving, then working heads using the wire of the corresponding metal alloy are involved either use a working head with the ability to either extrude a resin polymerizing in the ultraviolet, or use a polymer thread instead of a metal wire.
10. Способ по п.1 , отличающийся тем, что изготовление монококовой конструкции в случае, когда внешняя аэродинамическая оболочка переходит в силовую конструкцию, а затем переходит во внутреннюю оболочку, осуществляется также посредством послойного наплавления согласно электронным чертежам.  10. The method according to claim 1, characterized in that the manufacture of a monocoque structure in the case when the outer aerodynamic shell goes into the power structure, and then goes into the inner shell, is also carried out by layer-by-layer deposition according to electronic drawings.
1 1. Способ по п.1 , отличающийся тем, что с целью получения более широкой полосы наплавления, чем характерный поперечный размер проволоки, рабочая головка может совершать колебательные движения относительно собственной оси.  1 1. The method according to claim 1, characterized in that in order to obtain a wider fusion strip than the characteristic transverse size of the wire, the working head can oscillate relative to its own axis.
12. Устройство для изготовления монококовой конструкции в виде единой непрерывной оболочки, включающее мишень для выполнения работ по лазерному наплавлению монокока и рабочую головку, отличающееся тем, что неподвижная мишень расположена в вертикальной плоскости, а рабочая головка выполнена с возможностью движения в вертикальной плоскости и вдоль строительной оси монокока и снабжена технологической оснасткой и оптоволокном, связывающим рабочую головку с лазером, и дополнительно включающее автоматически подающуюся проволоку для наплавления монокока, фиксируемого по мере его изготовления специальными механизированными опорами. 12. A device for manufacturing a monocoque structure in the form of a single continuous shell, comprising a target for performing laser fusion of a monocoque and a working head, characterized in that the stationary target is located in the vertical plane, and the working head is made to move in the vertical plane and along the construction axis of the monocoque and is equipped with technological equipment and an optical fiber connecting the working head to the laser, and additionally automatically turning on a feed wire for deposition of a monocoque, fixed as it is manufactured by special mechanized supports.
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что автоматически подающаяся проволока выполнена металлической.  13. The device according to p. 12, characterized in that the automatically fed wire is made of metal.
14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что мишень представляет собой металлический лист.  14. The device according to p. 12, characterized in that the target is a metal sheet.
15. Устройство по п.12, отличающееся тем, что рабочих головок с лазером, располагающихся на технологической оснастке, может быть больше одной.  15. The device according to p. 12, characterized in that the working heads with a laser, located on technological equipment, may be more than one.
16. Устройство по п.12, отличающееся тем, что металлическая проволока имеет диаметр от 0,10 мм.  16. The device according to p. 12, characterized in that the metal wire has a diameter of from 0.10 mm
17. Устройство по п.12, отличающееся тем, что в качестве лазера использован диодный лазер.  17. The device according to p. 12, characterized in that the laser used is a diode laser.
1 8. Устройство по п.12, отличающееся тем, что технологическая оснастка, содержащая рабочую головку и устройство автоматической подачи металлической проволоки может являться частью манипулятора, имеющего до пяти степеней свободы, закреплённого на оснастке, имеющей возможность передвигаться перпендикулярно относительно мишени.  1 8. The device according to p. 12, characterized in that the tooling comprising a working head and a device for automatically feeding a metal wire can be part of a manipulator having up to five degrees of freedom, mounted on a tool having the ability to move perpendicular to the target.
19. Устройство по п.12-13, отличающееся тем, что вместо металлической проволоки может использоваться полимерная нить.  19. The device according to p. 12-13, characterized in that instead of a metal wire, a polymer thread can be used.
20. Устройство по п.12-13, отличающееся тем, что вместо металлической проволоки может использоваться смола, полимеризующаяся в ультрафиолете.  20. The device according to p. 12-13, characterized in that instead of a metal wire, a resin polymerized in ultraviolet can be used.
12 12
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)  SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/RU2014/000826 2013-11-08 2014-10-29 Method and device for manufacturing a monocoque construction in the form of a single continuous casing WO2015069145A1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013149841 2013-11-08
RU2013149841/02A RU2563063C2 (en) 2013-11-08 2013-11-08 Fabrication of laminar monocoque shaped to single continuous shell
RU2014113997 2014-04-10
RU2014113997 2014-04-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015069145A1 true WO2015069145A1 (en) 2015-05-14

Family

ID=53041804

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2014/000826 WO2015069145A1 (en) 2013-11-08 2014-10-29 Method and device for manufacturing a monocoque construction in the form of a single continuous casing

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2015069145A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10914185B2 (en) 2016-12-02 2021-02-09 General Electric Company Additive manufactured case with internal passages for active clearance control
US10941706B2 (en) 2018-02-13 2021-03-09 General Electric Company Closed cycle heat engine for a gas turbine engine
US11015534B2 (en) 2018-11-28 2021-05-25 General Electric Company Thermal management system
US11143104B2 (en) 2018-02-20 2021-10-12 General Electric Company Thermal management system

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5584276A (en) * 1978-12-21 1980-06-25 Nippon Steel Corp Narrow groove automatic welding method of pipeline girth joints
US4323756A (en) * 1979-10-29 1982-04-06 United Technologies Corporation Method for fabricating articles by sequential layer deposition
US5837960A (en) * 1995-08-14 1998-11-17 The Regents Of The University Of California Laser production of articles from powders
RU2351473C2 (en) * 2007-03-12 2009-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр-Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Технической Физики имени академика Е.И. Забабахина" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина") Method of making protective housing
RU2371290C2 (en) * 2004-06-08 2009-10-27 Таг Хойер Са Manufacturing method of micro- and nanomechanical components, containing stage of ablation by means of femtolaser
RU2387736C2 (en) * 2007-10-26 2010-04-27 Учреждение Российской Академии Наук Институт Физики Прочности И Материаловедения Сибирского Отделения Ран (Ифпм Со Ран) Powder material for gas-thermal sputtering of polymeric coatings
RU120596U1 (en) * 2012-05-03 2012-09-27 Открытое акционерное общество "Ижорские заводы" DEVICE FOR SURFACE OF INTERNAL CYLINDRICAL SURFACES OF A LARGE DIAMETER

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5584276A (en) * 1978-12-21 1980-06-25 Nippon Steel Corp Narrow groove automatic welding method of pipeline girth joints
US4323756A (en) * 1979-10-29 1982-04-06 United Technologies Corporation Method for fabricating articles by sequential layer deposition
US5837960A (en) * 1995-08-14 1998-11-17 The Regents Of The University Of California Laser production of articles from powders
RU2371290C2 (en) * 2004-06-08 2009-10-27 Таг Хойер Са Manufacturing method of micro- and nanomechanical components, containing stage of ablation by means of femtolaser
RU2351473C2 (en) * 2007-03-12 2009-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр-Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Технической Физики имени академика Е.И. Забабахина" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина") Method of making protective housing
RU2387736C2 (en) * 2007-10-26 2010-04-27 Учреждение Российской Академии Наук Институт Физики Прочности И Материаловедения Сибирского Отделения Ран (Ифпм Со Ран) Powder material for gas-thermal sputtering of polymeric coatings
RU120596U1 (en) * 2012-05-03 2012-09-27 Открытое акционерное общество "Ижорские заводы" DEVICE FOR SURFACE OF INTERNAL CYLINDRICAL SURFACES OF A LARGE DIAMETER

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GRIGORYANTS A.G. ET AL.: "Tekhnologicheskie protsessy lazernoi obrabotki. M., izdatelstvo MGTU im. N.E. Baumana", 2006, pages 443 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10914185B2 (en) 2016-12-02 2021-02-09 General Electric Company Additive manufactured case with internal passages for active clearance control
US10941706B2 (en) 2018-02-13 2021-03-09 General Electric Company Closed cycle heat engine for a gas turbine engine
US11143104B2 (en) 2018-02-20 2021-10-12 General Electric Company Thermal management system
US11015534B2 (en) 2018-11-28 2021-05-25 General Electric Company Thermal management system
US11506131B2 (en) 2018-11-28 2022-11-22 General Electric Company Thermal management system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7002142B2 (en) How to control the deformation and accuracy of parts in parallel during the additive manufacturing process
WO2015069145A1 (en) Method and device for manufacturing a monocoque construction in the form of a single continuous casing
CN110773837B (en) Titanium alloy high-precision electric arc additive manufacturing process
KR101787718B1 (en) 3-dimensional laser printing apparatus and method
CN105965018B (en) A kind of electron beam fuse near net increasing material manufacturing method
CN108607992B (en) Microbeam arc selective fusing additive manufacturing method based on preset metal powder
JP2001504549A (en) High-speed production system using laser melting of raw materials
EP3676035B1 (en) Metal 3d printing with local pre-heating
Blindheim et al. Hybrid Metal Extrusion & Bonding (HYB)-a new technology for solid-state additive manufacturing of aluminium components
CN108284230A (en) Add manufacturing method
CN105710536A (en) 3D additive-manufacturing bilateral laser welding method for T-shaped structure
CN105643053A (en) Consumable electrode gas shielded arc deposition three-dimensional printing method
CN105728944A (en) Double-side laser welding method for powder metallurgy control
EP3501726B1 (en) A method for applying a reinforcement of metal material to a component of metal material, particularly in the construction of a motor-vehicle body or a sub-assembly thereof
US10807273B2 (en) High temperature additive manufacturing print head
RU2563063C2 (en) Fabrication of laminar monocoque shaped to single continuous shell
CN110603115B (en) Method for joining laminated molded parts, structure, and laminated molded part
CN103498142A (en) Laser-clad high-temperature alloy special-shaped connection structure forming method
RU2664844C1 (en) Method of additive manufacture of three-dimensional detail
CN105817785A (en) Laser welding method for variable-thickness variable-section thin-wall workpiece
CN103934456A (en) Method for manufacturing additives based on synchronous spray and adhesion
WO2019131059A1 (en) Layer shaping device and layer shaping method
US20180290194A1 (en) Additive manufacturing apparatus using a semi-solid extrusion of wire
TW202100335A (en) Three-dimensional layering device and method
US11612953B2 (en) Method for reducing or completely closing an opening of an inner contour of a workpiece by means of a material melted by a laser deposition welding device

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14861030

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14861030

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1