Назва наукової школи кафедри: «Процеси й устаткування фізико-технічної обробки матеріалів висококонцентрованими джерелами енергії»

Наукова школа заснована в КПІ у 1964 р. професором Володимиром Сергійовичем Коваленком з початком перших досліджень лазерної технології в Україні.

Науковий напрям: Технічні науки

Галузь знань: 13 - механічна інженерія; 18- виробництво та технології;

Наукова спеціальність: 05.03.07 -- Процеси фізико-технічної обробки

Освітня спеціальність: 131 Прикладна механіка

Освітні та освітньо-наукові програми підготовки бакалаврів, магістрів: Інжиніринг зварювання, лазерних та споріднених технологій

Сертифікатна програма підготовки бакалаврів, магістрів: Лазерна техніка та комп'ютеризовані процеси фізико-технічної обробки матеріалів;

PhD -131 Прикладна механіка

Наукові дослідження в галузі лазерної технології вперше в Україні були розпочаті у 1964 р. на кафедрі технології машинобудування КПІ з ініціативи проф. С. О. Картавова. Розвитку цих досліджень у подальшому, багато сприяв чл.-кор. НАНУ проф. П. Р. Родін. Згодом в КПІ була створена академічна школа лазерної технології проф. В. Коваленка «Процеси взаємодії високоенергетичних потоків з речовиною, нетрадиційні технології обробки матеріалів». Наукова школа заснована у 1964 р. в КПІ з початком  перших досліджень з лазерної технології в Україні та колишньому СРСР.

Серед випускників наукової школи 6 докторів технічних наук, причому проф. Валерій Котляров відзначений премією ради міністрів СРСР, д.т.н. Микола Анякін відзначений «Орденом Дружби Західного Озера» (КНР)

💥   💥   💥

Розвиток наукової школи:

Кількісний і кваліфікаційний склад:

Для проведення досліджень та проведення учбового процесу, кафедра оснащена сучасним устаткуванням на базі лазерних випромінювачів на YAG+Nd, CO2, діодні. Вони встановлюються на 3-х координатні столи на напрямних з лінійними двигунами та системою ЧПК або приєднуються до оптичного волокна, пристрій який фокусує встановлено в «руці» антропоморфного робота.

Також, для проведення лабораторних робіт використовується сучасний 3D принтер для друкування пластикових деталей

Спільно з ТОВ «МашІнТех» створено шоурум з обладненням на загальну суму понад 1300 тис. грн.: лазерний маркер на 30 Вт; лазерний комплекс для розкрою моделі BCL1309XM 150W; стаціонарна система лазерного зварювання Nd:YAG, 1064 nm ALM 300 300 Вт (Договір про співпрацю між КПІ ім. Ігоря Сікорського та ТОВ «МАШІНТЕХ» №1200/1192 від 05.12.2019 та Договір про передачу обладнання в безоплатне користування № 1200/6-Р від 14.02.2020.) 

 💥   💥   💥

Ключові наукові досягнення наукової школи

Протягом 1964-1991 р.р (за часів СРСР) дослідження (під керівництвом Володимира Коваленко)  в галузі лазерної технології велись по ряду напрямків:

• прецизійна обробка (починаючи з 1972р. дослідження почав Валерій Котляров згодом д.т.н., проф.)
• Лазерне зміцнення, легування та наплавлення (починаючи з 1973р. дослідження почав Володимир Волгін, нині к.т.н., головний спеціаліст ЗІЛ, починаючи з 1975р. дослідження почав Леонід Головко, згодом д.т.н., проф.)
• Комбінована (гібридна) обробка (роботи розпочаті в 1973 студентом Володимиром Дятлом, згодом к.т.н., ст.н.с.)
• Всі гуртом були зайняті створенням устаткування та різноманітних пристроїв для реалізації розроблених технологічних процесів.

За вказаний період розвитку (1964-1991 р.р.), розробки наукової школи відзначені:

• преміями Мінвузу України 1981 та 1982 рр.,
• Дипломами ВДНГ УРСР 1983 р.,
• золотою та срібною медалями ВДНГ СРСР 1986 та 1987 рр.,
• бронзовою медаллю ВДНГ УРСР 1985 р.,
• преміями НТУУ “КПІ”

Причому, по ряду напрямків, наукові дослідження (застосування сфокусованого лазерного випромінювання, як інструменту для обробки матеріалів) були проведені одними з перших в світі. Вони були відзначені державними преміями. Так, дослідження процесів:

• модифікації поверхні металоріжучого інструменту були відзначені у 1982р. Державною премією УРСР
• обробки натуральних алмазів були відзначені у 1990р. Премією ради міністрів СРСР

Особливо слід відмітити, те що науковцями КПІ, на чолі з Володимиром Коваленко, був створений та вийшов в світ 1-й в світі довідник з лазерної обробки матеріалів: Справочник по технологии лазерной обработки, В.С.Коваленко, В.П.Котляров, В.П.Дятел, Л.Ф.Головко, В.В.Романенко; Под общ. ред. В.С.Коваленко, “Техника”. Киев, 1985, 165 с.

В даний час відбувається початок світового визнання наукової школи Володимира Коваленко.

Так до лабораторії лазерної обробки матеріалів здійснив візит проф. Стін (Кембридж, Велика Британія) – вдатний вчений, засновник школи з лазерної обробки матеріалів університет Кембридж, Велика Британія. В цей же час, розробки, які були виконані під керівництвом Володимира Коваленко:

• Технологія лазерного зміцнення деталей двигунів та насосів гвинтокрила впроваджена (1989р.)
• Прилади для вимірювання поглинальних здібностей матеріалів (1990р.) були впроваджені (1989р.)

були впроваджені на підпртємствах ГДР та ПНР (відповідальний виконавець робіт Леонід Головко)

Основні здобутки наукової школи були висвітлені майже в 200 наукових працях, оригінальні технічні рішення захищені понад 100 авторськими свідотсвами СРСР та надруковані в наступних наукових монографіях, навчальних посібниках та підручниках:

1. Коваленко В.С. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. — Київ : Вища школа, 1975. — 234 с.
2. Справочник по технологии лазерной обработки, В.С.Коваленко, В.П.Котляров, В.П.Дятел, Л.Ф.Головко, В.В.Романенко; Под общ. ред. В.С.Коваленко, “Техника”. Киев, 1985, 165 с.
3. Коваленко В.С., Головко Л.Ф. Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов. — Москва : Наука, 1986. — 275 с.
4. Коваленко В.С., Котляров В.П., Дятел В.П. Применение лазеров в машиностроении. — Київ: Вища школа, 1988. — 160 с. — ISBN 9785110012747.
5. Коваленко В.С., Головко Л.Ф., Черненко В.С. Упрочнение и легирование деталей машин лучом лазера. — Київ : Техніка, 1990. — 190 с. — ISBN 9785335004091.
6. Коваленко В.С., Романенко В.В., Олещук Л.М. Малоотходные процессы резки лучом лазера. — Київ : Техніка, 1987. — 110 с.
7. Коваленко В.С., Головко Л.Ф. Упрочнение деталей лучом лазера. — Київ : Техніка, 1981. — 129 с. (перекладена китайською мовою та видана у Пекіні в 1985 році)
8. Коваленко В.С. Лазерная технология: учебник. — Київ : Вища школа, 1989.
9. Коваленко В.С., Головко Л.Ф., Куницький Ю.А. Поверхностное глазурование материала при энергетическом воздействии. — Київ : КПІ, 1983. — С. 108.
10. Kovalenko V.S., Verhoturov A.D., Golovko L.F., Podchernyaeva I.O. Laser & Electroerosion Material Hardening. — New York : Plinum Publishing Corp, 1988. — С. 267.
11. Коваленко В.С., Лавринович О.В. Лазерная обработка керамических материалов. — Київ : Техніка, 1991. — С. 119.
12. Коваленко В.С. Технология и оборудование для электрофизических и электрохимических методов обработки материалов. — Київ : Вища школа, 1988. — С. 162.

Подальший розвиток дослідження (в галузі лазерної техніки та технології) набули після набуття незалежності України, причому ряд досліджень, які були проведені науковою школою Володимира Коваленко, були одними з перших у світі.

Так у 1996 році , разом з науковцями НДІ ПМ “Ритм”, проведено моделювання процесу та досліджена можливість дисиміляції труб залу-барботеру 4 енергоблоку ЧАЕС. При цьому було створено діючий макет устаткування у складі робота-різчика, на рухомій каретці якого встановлювався лазерний різак, випромінювання до якого передавалось по оптичному волокну. Науковий керівник роботи проф. Володимир Коваленко (як експерт ООН від України) приймав участь у 52-й Сесії Генеральної Асамблеї ООН, де розглядалося питання міжнародної підтримки низки заходів, пов’язаних з ліквідацією наслідків Чорнобильської катастрофи («The Opportunities to Use Laser Technology in the Object “Shelter” of the Chernobyl Atomic Station» (with V.S.Kovalenko, Y.N.Karpachyov), “Proceedings of International Congress “ICALEO’97”,San Diego, USA, Nov. 1997, p.p.E53-E58, «Robotized Laser Technology - Solution for the Problem of Destroyed Reactor Dismantling at Chernobyl Atomic Station» (with V.S.Kovalenko, Y.N.Karpachyov), “Proceedings of 12th International Symposium for Electromachining (ISEM-XII)”, Aachen, May 11-13, 1998, VDI Verlag GmbH. Dusseldorf, 1998, p.p.613-622)

Починаючи з 2006 проводяться дослідження по створенню нового покоління метало ріжучого інструменту, ріжучий шар якого (алмази, кубічний нітрид бору) «вкарбований» в тіло інструмента сфокусованим лазерним випромінюванням («New development in laser sintering of diamond disk» (V.Kovalenko, L.Golovko,J.Meiger) Proceedings 57th CIRP General Assembly, August 19-25, 2007, Dresden, Germeny).

Вперше в світі у 2008р. запропоновано та досліджена можливість виготовлення медичних ендопротезів методом лазерного фрезерування («Some results of studying laser micromachining at medical stents manufacturing» (V. Kovalenko, J. Meijer, R. Zhuk, P. Kondrashev, O. Stepura) “Proceeding 6th International Symposium on Nanomanufacturing (ISNM 2008), Aphene, Greece, )//International Journal of Nanomanufacturing  (IJNM) ISSN (Online): 1746-9406  -  ISSN (Print): 1746-9392)

Особливо слід відмітити, що науковці школи «Процеси й устаткування фізико-технічної обробки матеріалів висококонцентрованими джерелами енергії»  (Володимир Коваленко та Леонід Головко), єдині вчені з колишнього СРСР, були залучені до створення всесвітньо відомого довідника з лазерної обробки матеріалів «LIA Handbook on Laser Materials Processing» / [John f. Ready, V.S.Kovalenko, L.F.Golovko] - Ed. in Chief: John f. Ready - Laser Institute of America, Magnolia Publishing, Inc., 2001 - 715 p.

Крім виконання планових наукових робіт, які фінансуються МОН України та виконання ряду господарчих договорів, науковці школи проф. Володимира Коваленко, для проведення досліджень, активно залучали кошти міжнародних грантів. Так, на протязі 2001 - 2006 років науковцями було отримано ряд грантів на дослідження Українського науково-технологічного центру:

№2379 “Лазерне 3-х мірне виготовлення прототипів з металевих та керамічних матеріалів»;

№3350 «Розробка та виготовлення медичних стентів нових конструкцій з використанням лазерного випромінювання»,

загальною вартістю понад 400 тис. доларів США.

Також, наукова школа Володимира Коваленко (на протязі 2013-2017р.) отримала гранти на дослідження в галузі лазерних технологій (Джензянський технічний університет, КНР) загальною вартістю понад 150 тис. доларів США.

В даний період, крім понад 200 наукових праць, та отримання понад 100 патентів України було надруковано ряд наукових монографій, навчальних посібників та підручників:

1. «LIA Handbook on Laser Materials Processing» / [John f. Ready, V.S.Kovalenko, L.F.Golovko] - Ed. in Chief: John f. Ready - Laser Institute of America, Magnolia Publishing, Inc., 2001 - 715 p.
2. Лазерні технології та комп'ютерне моделювання : Монографія / [Л.Ф. Головко, С.О. Лукя'ненко] ; під ред. Л.Ф. Головка – К.: Вістка 2009. – 296с.
3. Комп’ютерне моделювання у лазерних технологіях: Монографія / [Л.Ф. Головко, С.О. Лукя'ненко] ; під ред. Л.Ф. Головка – К.: ВПП «Текст» 2015. – 236с.
4. Вакуумні іонноплазмові технології зміцнення деталей машин трибо технічного призначення: Монографія. О.Й.Мажейка, Л.Ф.Головко, А.М.Лутай, Е.К.Солових, Ф.Й.Златопольський – Кіровоград: «КОД», 2012. – 327 с
5. Котляров В.П. Технологія лазерної обробки. Підручник.- Нежін: НДУ ім. М.Гоголя, 2010, 325с. ISBN 978-966-7391-95-9
6. Лазерна технологія в поліграфії. Підручник. – Київ: НТУУ «КПІ» ВПК «Політехніка», Котляров В.П., Киричок П.О., 2012, 324 с.
7. Технологічне оснащення лазерних комплексів: підруч./В.П.Котляров – К.: НТУУ «КПІ», 2013.- 592 с.: Бібліограф: с.571-590. ISBN 978-966-622-585-9 http://ela.kpi.ua/handle/123456789/3085
8. Котляров В.П. Технологія лазерної розмірної обробки. Наглядний наочний посібник. – 2014, 195с. http://ela.kpi.ua/handle/123456789/7907
9. Котляров В.П. Лазерна розмірна обробка. - Навчальний наочний посібник.-428с., 2015р.http://ela.kpi.ua/handle/123456789/119927

• Котляров В.П. Спеціальні елементи та оснащення лазерних комплексів. Навчальний наочний посібник 593с., 2013р http://ela.kpi.ua/handle/123456789/3082
• Основи фізики лазерів 344 с. (19 ум.др.арк.) Видавництво «Пульсари» 2012 (МОН України як навчальний посібник для студентів нехімічних спеціальностей ВНЗ. Лист № 1/ІІ-11700 від 21.12.2010р.)

З наукової школи проф. В.С.Коваленка вийшло 6 докторів та 27 кандидатів наук. Кандидатські дисертації захистили Дятел В.П., Котляров В.П., Головко Л.Ф., Ле Ван Тиен, Олещук Л.М., Романенко В.В., Анякін М.І., Лавринович О.В., Орешник В.І.,     Парамонов А.М., Рам Нареш Прасад, Романюк Ю.Г., Халед Аль Шибуль, Мезги Наєбі, Кондрашов П.А, Колосовський А., Коноваленко В.І. та інш. Докторські дисертації захистили    Коваленко В.С., Котляров В.П., Головко Л.Ф., Носуленко, Самотугін С.С., Подчерняева І.О., Анякін М.І.

Загалом, визнанням світових досягнень наукової школи «Процеси й устаткування фізико-технічної обробки матеріалів висококонцентрованими джерелами енергії» в галузі лазерної технології стало обрання у 1993 р. проф. Коваленка B. C. Визначним Запрошеним Професором (Distinguished Visiting Professor) Державного Університету Огайо (США, а також Почесним Членом Лазерного Інституту Америки (LIA), членом Канадської Асоціації Промислових Лазерів, членом міжнародних професійних товариств IEEE, LEOS, заступником Голови Лазерної Асоціації колишнього СРСР (ЛАС), Почесним професором Харківського національного технічного університету, Членом комітету Радників Американського біографічного інституту. У 1998 р. в зв’язку з відзначенням 100-річчя з дня заснування КПІ проф. Коваленко В. С. був удостоєний звання ”Почесний професор КПІ”, а наприкінці 1998 р. він був обраний член-кореспондентом СІРПу – Міжнародного Інституту Машинобудування з штаб-квартирою в Парижі. Ця інституція є найпрестижнішою професійною організацією провідних фахівців в галузі машинобудування та приладобудування в світі. В різні роки проф. Коваленко B.C. був також членом наукових рад з присудження ступеню Ph. D. (Доктора Філософії), а також ступеню магістра в Університеті Мак Мастера (Канада) Осакському Університеті (Японія), Йєнському Університеті (Німеччина), а також членом спеціалізованої ради по захисту докторських дисертацій при Тульському політехнічному інституті (Росія). З 1998 р. проф. Коваленко B. C. є, також, членом Видавничої Ради міжнародного журналу "Journal of Laser Applications" (США).

За роки існування, члени наукової школи отримали наступні відзнаки та нагороди:

• Лауреат Державної премії УРСР (1982) (проф. Коваленко В.С.)
• Лауреати Премії ради міністрів СРСР (проф. Котляров В.П., проф.Коваленко В.С.)
• Заслужений діяч науки і техніки України (проф. Коваленко В.С.)
• Кавалер відзнаки Президента України — ордена «За заслуги» (Україна, 1997) (проф. Коваленко В.С.)
• Кавалери «Ордену Дружби Західного Озера» (КНР) (проф. Коваленко В.С., д.т.н. Анякін М.І.)
• Кавалер «Ордену Дружби» (КНР) (проф. Коваленко В.С.)
• Викладач-дослідник (проф. Головко Л.Ф.)
• Заслужений винахідник України (проф. Носуленко В.І.)

проф.Коваленко В.С., проф.Головко Л.Ф., проф.Котлярова В.П. відзначені преміями Мінвузу України 1981 та 1982 рр., Дипломомами ВДНГ УРСР 1983 р., золотою та срібною медалями ВДНГ СРСР 1986 та 1987 рр., бронзовою медаллю ВДНГ УРСР 1985 р., преміями НТУУ “КПІ”

 💥   💥   💥

 За останні роки науковці школи Володимира Коваленко провели ряд оригінальних досліджень в галузі лазерної техніки та технологій.

Так, на приклад, завдяки отриманих грантів КНР, були проведені дослідження формування потоків газопорошкової суміші (яка постачається в зону дії фокусування лазерного випромінювання) для реалізації технології швидкого виготовлення виробів, методом направленого лазерного плавлення (Direct Laser Melting), та технології відновлення (методом лазерного газопорошкового наплавлення) найбільш відповідальних деталей механізмів та машин. В процесі виконання робіт встановлені оптимальні конструкції систем подачі потоків газопорошкової суміші в зону дії сфокусованого лазерного випромінювання, використання яких забезпечує майже 3-х кратне зростання продуктивності та якості операцій газолазерного наплавлення.

В процесі виконання науково-дослідних робіт (теми 2018п, 2028п) встановлено, що технологія лазерного формоутворення виробів (так зване кероване лазерне згинання) придатна для формування попередньо-загартованих зразків із високо вуглецевих та марганцевистих сталей, причому формування виробів після термічної обробки, дозволяє уникнути необхідності правки деталей, яка необхідна за умови проведення термічної обробки після їх  формування.

Також (в процесі виконання робіт по створенню біметалевих матеріалів) розроблено новий високоефективний спосіб виготовлення біметалевих листів та проаналізовано теплові процеси, що відбуваються в поверхневому шарі одного зі складових біметалу зі сталі 40Х13. Встановлені (при лазерному опроміненні) умови формування розплавленого шару сталі Ст.3 заданих розмірів (товщини і ширини). Вказане дозволяє обґрунтовано підходити до визначення параметрів, які дозволяють у певній мірі керувати процесом виготовлення біметалів та добитися підвищення продуктивності процесу виготовлення біметалевої продукції у залежності від їх функціонального призначення зі зниженням її собівартості.

💥   💥   💥

До останніх днів життя, проф.В.Коваленко був Почесним Членом Лазерного Інституту Америки (LIA), членом Канадської Асоціації Промислових Лазерів, членом міжнародних професійних товариств IEEE, LEOS. Член-кореспондент Міжнародного Інституту Машинобудування з штаб-квартирою в Парижі та член Видавничої Ради міжнародного журналу "Journal of Laser Applications" (США)

Крім того, д.т.н.М.Анякін, проф.В.Коваленко, ст.викл.Р.Жук стали експертами міжнародної програми КНР «Проект 111» та членами спілки «цифрової економіки» КНР

За останні рокb були отримані 2 гранти на дослідження КНР:

• «Кооперативне Дослідження і Угода Розвитку» №2 від 09.06.2016
• «Кооперативна Угода Розвитку та Дослідження» №3 від 14.11.17

та підписаний та виконаний договір №Д/0201.01/7000.02/8/2021/ «Розробка системи для відновлення деталей механізмів та машин » від 31.12.2020 з Chongqing Gonggangzhihui Additive Manufacuturing Technology Research Institute

Був затверджений МЕМОРАНДУМ ПРО ВЗАЄМОРОЗУМІННЯ між Чжензянським технологічним університетом та КПІ ім.Ігоря Сікорського.

💥   💥   💥

За останні роки видано декілька наукових статей, найпомітніші з яких:

1. O. Goncharuk, R.O. Zhuk, O.D. Kaglyak, V.V. Dzhemelinskyi, D.A. Lesyk Laser sintering of abrasive layers with inclusions of cubic boron nitride grains Lasers in Manufacturing and Materials Processing 2018, Vol. 5., p. 298…316 (DOI: 10.1007/s40516-018-0068-0)
2. Golovko, S. Salii, M. Bloshchytsyn,W. Alnusirat Development of the laserfoundry process for manufacture of bymetalls Eastern-European Journal of Enterprise Technologies № 4/1 ( 94 )  p.47 – 54
3. Kotlyarov V.P., Kiyaschenco O.M. Simplified Methodology for the Design of Technological providing for Operations of Laser Treatment. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 2019, Vol. 55, No. 6, pp. 692 - 717. © Allerton Press, Inc., 2019 ISSN 1068-3755,.
4. Zhang, J., Zhang, Q., Chen, Z., Li, D., Tong, W., Yao, J., Kovalenko, V Experimental and statistical analyses of geometry characteristics of Inconel 718 laser clad layer with response surface methodology Journal of Laser Applications31 (3) (2019) art. no. 032016 DOI: 10.2351/1.5098044
5. Chen, Y., Zhang, Q., Chen, Z., Wang, L., Yao, J., Kovalenko, V.Study on the element segregation and Laves phase formation in the carbon nanotubes reinforced IN718 superalloy by laser cladding Powder Technology 355 (2019) , pp. 163-171. DOI: 10.1016/j.powtec.2019.07.063
6. Ye, Z., Fang, Z., Yang, G., Zhang, Q., Volodymyr, Kovalenko., Yao, J.Influence of Gas Flow on Oxidation of Molten Pool During Laser Remelting Under Open-air Condition [开放条件下气流对激光重熔过程中氧化行为的影响] Zhongguo Biaomian Gongcheng/China Surface Engineering 2019, 32 (1), pp. 108-116. DOI: 10.11933/j.issn.1007-9289.20180918001
7. Gas-powder laser cladding with slot nozzles (with Ruslan Zhuk, Zhijun Chen, Jianhua Yao) The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 108, pages1163–1171(2020) https://doi.org/10.1007/s00170-019-04600-6
8. Zhang, J., Zhang, Q., Zhuang, Y., Kovalenko, V., Yao, J. Microstructures and cyclic hot corrosion behavior of laser deposited Inconel 718 alloy under different heat treatment conditions Optics and Laser Technology, 2020 DOI: 10.1016/j.optlastec.2020.106659
9. Li, Z.-X. Tong, B.-Q. Zhang, Q.-L. Yao, J.-H. Kovalenko, V. Influence of initial microstructure on the microstructure evolution and mechanical properties of 1.0C-1.5Cr steel in the laser surface quenching          Materials Science and Engineering A Volume 788, 24 June 2020 DOI: 10.1016/j.msea.2020.139490
10. Li ZX., Tong BQ., Zhang QL., Yao,JH., Kovalenko V. Microstructure refinement and properties of 1.0C-1.5Cr steel in a duplex treatment combining double quenching and laser surface quenching    MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING A-STRUCTURAL MATERIALS PROPERTIES MICROSTRUCTURE AND PROCESSING           Volume: 776  Article Number: 138994  DOI: 10.1016/j.msea.2020.138994  Published: MAR 3 2020  Accession Number: WOS:000517665100005

В рамках виконання договору №Д/0201.01/7000.02/8/2021/, у 2021р. КПІ ім.Ігоря Сіікорського разом з Chongqing Gonggangzhihui Additive Manufacuturing Technology Research Institute (КНР) подано заявку на отримання міжнародного патенту - LASER CLADDING APPARATUS: The present invention relates to mechanical engineering, particularly to technological laser equipment for gas-powder laser cladding and surface restoration and it could be used for the manufacturing of parts by means of additive manufacturing and restoration of faulty parts to their initial dimensions. 

💥   💥   💥