В НПО «Сатурн» стартует новый инновационный проект. На площадях вновь возведенного современного лабораторно-производственного корпуса опытного завода ОАО «НПО «Сатурн» создается уникальный и пока единственный в России Центр аддитивных технологий. О том, что представляют собой аддитивные технологии, как и где они будут использоваться, о перспективах их применения в производстве рассказывает главный инженер опытного завода службы генерального конструктора Максим Федоров.
AF – Additive Fabrication, принятая в англоязычной литературе аббревиатура словосочетания, означающего изготовление изделия путем «добавления» (additive) материала, в отличие от традиционных технологий механообработки, в основе которых лежит принцип «вычитания» («лишнего») материала из заготовки. Аддитивные технологии предполагают формирование детали путем последовательного «наращивания» материала слой за слоем. По традиции, эти технологии еще часто называют «технологиями быстрого прототипирования» или RP-технологиями (от Rapid Prototyping). Однако это первоначальное название быстро устарело, поскольку во времена зарождения RP-технологий невозможно было предположить, что они так быстро будут использоваться не столько для изготовления моделей и макетов, сколько для создания конечных продуктов, в частности, серийных, к которым термин «прототип» применять некорректно.
При разработке и создании новой промышленной продукции особое значение имеет скорость прохождения этапов НИР и ОКР, которая в свою очередь существенно зависит от технологических возможностей опытного производства. В частности, это касается изготовления литейных деталей, которые зачастую являются самой трудоемкой и дорогостоящей частью общего проекта. При создании новой продукции, особенно на этапе ОКР в опытном производстве, характерны вариантные исследования, необходимость частых изменений конструкции и, как следствие, постоянной коррекции технологической оснастки для изготовления опытных образцов. Проблема быстрого изготовления литейных деталей становится ключевой. Это связано с тем, что на этапе ОКР в условиях неопределенности результата, когда конструкция изделия еще не отработана, не утверждена, для изготовления образцов нецелесообразно создавать «нормальную» технологическую оснастку под серийное производство. В этих условиях весьма дорогостоящая продукция – литейная оснастка – оказывается по сути разовой и не используется в дальнейшей работе над изделием в связи с естественными и существенными изменениями конструкции изделия в ходе ОКР.
Поэтому каждая итерация, каждое приближение конструкции детали к окончательной версии требует и новой технологической оснастки, поскольку переделка старой оказывается чрезмерно трудоемкой или вообще невозможной. И в этой связи традиционные методы оказываются не только дороги в плане материальных потерь, но и чрезвычайно затратны по времени.
Переход на цифровое описание изделий – CAD и появившиеся вслед аддитивные технологии произвели настоящую революцию, что особенно проявилось именно в высокотехнологичных отраслях – авиационной и аэрокосмической, где характерным является малосерийное, зачастую штучное производство. Именно здесь благодаря уходу от традиционных технологий за счет использования послойного синтеза появилась возможность радикально сократить время на создание новой продукции.
Аддитивные технологии являются не только современными и высокоэффективными, но инновационными по своей сути, поскольку сами позволяют генерировать новые технологии (например изготовление деталей из новых композиционных материалов, интерметаллидов, керамики и т. д. в различных сочетаниях) и несут в себе новое качество. Залогом успешного освоения данных технологий является их цельность, т. е. соединение их самих в определенную технологическую цепочку, которую можно переформатировать в зависимости от конкретной решаемой задачи. Это позволит рационально использовать дорогостоящее оборудование с высоким конечным результатом, выраженным в появлении новых технологий и инновационных продуктов.
Для реализации проекта по внедрению аддитивных технологий в НПО «Сатурн» приобретено уникальное современное оборудование. В настоящее время представители компаний-производителей оборудования осуществляют монтаж установок и обучение персонала, к уровню знаний и подготовки которого в областях CAD/CAM проектирования, механообработки, литейных технологий, материаловедения и т. д. предъявляются высочайшие требования.
Центр аддитивных технологий будет укомплектован пятью единицами современной техники: установками для лазерного сплавления металлов, спекания и сплавления керамических порошков, электронно-лучевого сплавления металлов для получения более плотной структуры, лазерного сплавления фотополимеров и полистиролов, а также в Центре аддитивных технологий будет пущена в эксплуатацию установка для прямого нанесения металла, одно из ее применений – восстановление (ремонт) дорогостоящих деталей. Кроме того, в новой лаборатории установлено и другое вспомогательное оборудование, на котором можно работать с пластиком, керамикой, с различными металлами, в том числе с титаном, нержавеющей сталью, жаропрочными металлами и интерметаллидами. Аналогичное оборудование уже сегодня успешно применяется в передовой медицине (изготовление индивидуальных имплантов, эндопротезов и т. д. по результатам компьютерной томографии) и начинает широко использоваться в машиностроении.
В двигателестроении НПО «Сатурн» – первое из предприятий, где будет сосредоточен целый спектр оборудования, охватывающий все основные направления аддитивных технологий. Единично такое оборудование применяется на различных предприятиях отрасли, но в таком объеме – только в НПО «Сатурн».
Задача проекта на начальном этапе – внедрить изготовление деталей с применением AF-технологий. Для реализации проекта подобраны функциональные детали, которые были уже переданы в серийное производство, но при их изготовлении возникли различные технологические сложности. Данным проектом мы хотим показать, насколько возможно сократить цикл и снизить стоимость изготовления продукции. Могу привести простой пример: чтобы изготовить деталь – завихритель для ГТД-110 в литейном производстве, необходимы две пресс-формы, на изготовление и доводку которых уходят месяцы. С применением AF-технологий в пластике эту деталь можно «вырастить» за 1 час, в металле – за 2 часа. Благодаря применению аддитивных технологий время изготовления детали сократится в десятки раз.
В ходе реализации проекта мы должны обеспечить наиболее оптимальное получение первых опытных образцов деталей для испытания на установках или в составе какого-либо опытного двигателя. Кроме того, в Центре аддитивных технологий будет реализовываться работа по комплексному исследованию свойств изготовленных деталей, для этого мы будем «растить» и испытывать образцы, необходимые для проведения исследований, проводить стендовые испытания прототипов деталей и т. д. После получения всех необходимых свойств материалов станет возможным дальнейшее применение «выращенных» с помощью аддитивных технологий деталей на газотурбинных двигателях. Я думаю, что через несколько лет у нас появятся хорошие компетенции в этой области.
Безусловно, данный проект реализуется в НПО «Сатурн» совместно с представителями научных кругов, но НПО «Сатурн» выступает основным участником. В дальнейшем, я считаю, НПО «Сатурн», способно стать Центром компетенций по аддитивным технологиям в части реализации и отработки технологий для всей России, и это не только мое мнение, так считают и многие российские эксперты, уже познакомившиеся с технологиями и оборудованием Центра аддитивных технологий НПО «Сатурн». Это, конечно, процесс не быстрый, но мы будем ускоряться, чтобы догнать западные компании в развитии аддитивных технологий в стране.
