Наука и технологии России

Вход Регистрация

Двигатель из пробирки

Авиапромышленность в России остаётся конкурентоспособной отраслью. Однако чтобы завоёвывать новые рынки завтра, необходимо уже сегодня создавать конкурентные преимущества: делать продукцию более качественной и дешёвой, создавать гибкие решения и расширять ассортимент.

Эти задачи можно решить за счёт использования аддитивных технологий, уверены учёные из Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ). Свой проект они реализуют в рамках ФЦП ИР 2014-2020.

«Отсекать всё лишнее» уже не модно

Александр_Евгенов

Александр Евгенов: «Главное преимущество аддитивных технологий – это экономия времени».
Фото: пресс-служба ВИАМ

Технологии аддитивного производства виамовцы используют для выращивания деталей газотурбинного двигателя (ГТД). В этих целях металлические порошки сплавляются лазером. Сами порошки получают из жаропрочных и жаростойких сплавов на основе никеля.

«Главное преимущество применения аддитивных технологий – это время, – рассказал Александр Евгенов. – На комплект деталей затрачивается на порядок меньше времени, чем по обычной технологии.

Например, вырастить комплект из 26-28 завихрителей фактически занимает от 20 до 22 часов. И это при двухмесячном цикле на заводе!»

Кроме выигрыша во времени технология селективного лазерного сплавления позволяет экономить материал, в 3 раза сокращая затраты на изготовление сложнопрофильных деталей.

Безусловно, для массового производства важен и вопрос цены. И, несмотря на то, что сейчас стоимость детали, выращенной с помощью разрабатываемой технологии, выше, чем отлитой на заводе, в долгосрочной перспективе аддитивные технологии позволят избежать неизбежных при литье расходов.

Платформа
Платформа построения с образцами и рабочей лопаткой, выращенные из порошка отечественного производства

«Когда на заводе какая-то деталь льётся тысячами экземпляров, естественно, это будет дешевле. Но если мы говорим о том, что конструкцию этой детали нужно изменить (самое простое – увеличить или уменьшить её), приходится заново ставить всю технологию, – пояснил руководитель работ. – Это может занять от полугода до года. С помощью нашей технологии можно не только выполнить эти изменения в считаные дни, но и сделать детали, которые невозможно получить литьём, обработкой или прессованием. Будущее этой технологии заключается не в том, чтобы заместить литьё, а в том, чтобы было легче перестраивать детали».

На первом этапе проекта учёные совместно с индустриальным партнером ОАО «Авиадвигатель» выбрали сложнопрофильные детали, которые необходимо будет изготовить по разрабатываемой технологии.

Перед выращиванием детали подготавливается её 3D-модель. Важно правильно расположить её на платформе построения, учитывая конструкцию и размеры, затем сконструировать поддерживающие элементы, которые удержат саму деталь и уменьшат остаточные напряжения, возникающие в металле при выращивании.

Лазерный_синтез
Процесс лазерного синтеза деталей

По завершению работ в 2017-2019 гг. на ОАО «Авиадигатель» планируется промышленное освоение разработанных аддитивных технологий, которые могут применяться как в военном, так и в гражданском самолётостроении.

Вся соль – в порошке

При всех несомненных плюсах аддитивного производства, в российском авиапроме его применение сейчас весьма ограничено. И дело тут не только в серьёзных затратах, которые потребуются для перестройки существующих производственных мощностей, проблема ещё и в отсутствии подходящих «строительных материалов».

Сегодня для выращивания деталей используются импортные металлические порошки жаропрочных сплавов, но введение санкций показало, что без своих материалов не обойтись.

К тому же зарубежные порошки, поставляемые фирмами-производителями установок для выращивания деталей, имеют очень ограниченную номенклатуру, порядка 8-10 марок сплавов, а для производства необходим более широкий спектр возможного сырья. Поэтому не менее важной частью проекта, чем отработка самой технологии производства деталей, является разработка технологии получения металлических порошков.

«Самая сложная задача проекта – это отработка параметров процесса селективного лазерного сплавления. Сначала это делается на образцах, кубиках размером 10х10 миллиметров, выращенных из порошков разной дисперсии. На них выбирается сетка эксперимента, отрабатываются различные скорости движения лазера, различная мощность, различная величина и стратегии штрихов», – пояснил Евгенов.

Микроструктура

Микроструктура частиц порошка жаропрочного сплава на никелевой основе для деталей камеры сгорания для использования в аддитивных технологиях (а, х100, б х 3000)

На данный момент в рамках проекта разработана технология изготовления высококачественных металлических порошков жаропрочных сплавов на основе никеля методом газового распыления расплава (атомизации). Этот метод заключается в механическом воздействии инертного газа (чаще всего аргона) повышенного давления на струю жидкого металла. Получение порошков таким методом позволяет сформировать частички сферической формы, однородные по химическому составу с наименьшим содержанием вредных газовых примесей.  Инженеры уже выпустили на порошки  технические условия (ТУ).

Хорошо составленная инструкция по реализации какой-либо технологии – это уже половина дела, уверен Александр Евгенов:

«Производство – это замороженный процесс. Пока идёт отработка, в нём участвуют научно-технические кадры, исследователи. А как только технология отработана, составляется инструкция, которая определяет все параметры процесса: какая металлопорошковая композиция используется, какие параметры процесса сплавления задаются для конкретного порошка и т.д.

Атомайзер
Атомайзер (установка для получения мелкодисперсных металлических порошков) HERMIGA10/100VI (фирмы PSI, Англия), эксплуатируется в ФГУП «ВИАМ» с 2010 г.

В рамках проекта уже получены и апробированы 4 марки порошков, отработаны параметры селективного лазерного сплавления для этих порошков, спроектированы поддерживающие элементы для сложнопрофильных деталей ГТД, подготовлена и выпущена нормативная документация.

РЕЙТИНГ

4.50
голосов: 14

Обсуждение

Новости

Найден препарат, защищающий курильщиков от рака лёгких

В Антарктиде обнаружена трещина в 112 километров

Оптимистки живут на 30% дольше

На арктическом шельфе развернут подводный ГЛОНАСС

Исполняющим обязанности директора Департамента науки и технологий назначен Сергей Матвеев

Самолёт на солнечных батареях готовится покорить стратосферу

Кстати,
на
52%
сократились...