Максим Фёдоров

Аддитивные технологии – индикатор индустриальной мощи государства

О внедрении аддитивных технологий в авиационной промышленности рассказывает Максим Фёдоров, главный инженер опытного завода службы генерального конструктора ОАО «НПО «Сатурн».

01 апреля 2015

Благодарим пресс-службу НПО САТУРН за предоставление данного материала. 

Автор: Максим Фёдоров, главный инженер опытного завода службы генерального конструктора ОАО «НПО «Сатурн» 

В авиационной промышленности остро стоит задача модернизации существующих и внедрения новых технологий. Цифровые и аддитивные технологии позволяют производить детали, которые трудно или невозможно изготовить традиционными технологиями – механообработкой, литьем и т. д. Именно применение аддитивных технологий позволяет в полной мере реализовать основные принципы создания материалов нового поколения, заложенные в стратегических направлениях развития материалов и технологий на период до 2030 года, которые базируются на результатах фундаментальных и фундаментально-ориентированных исследований, полученных ведущими научно-исследовательскими организациями совместно с институтами РАН.

В отрасли современного двигателестроения для создания газотурбинных двигателей (ГТД) нового поколения требуется всесторонняя технологическая подготовка производства, с которой связаны циклы освоения и выпуска продукции, а также, в конечном итоге, эксплуатационная надежность изделия и его себестоимость. Надежность и ресурс газотурбинного двигателя летательного аппарата в значительной степени зависят от качества изготовления деталей. Одна из особенностей авиационного двигателестроения заключается в том, что большая часть деталей изготавливается из трудно-обрабатываемых материалов, что напрямую ведет к повышению трудоемкости и себестоимости изделия. Решение большинства подобных задач возможно с применением в современном двигателестроении аддитивных технологий изготовления и ремонта сложнопрофильных и уникальных деталей из металлопорошковых композиций. 

ПРИМЕНЕНИЕ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОБЕСПЕЧИВАЕТ: 

  • изготовление сложнопрофильных и уникальных деталей с минимальным использованием дорогостоящей оснастки и механообработки;
  • повышение рентабельности производства малой серии и эксклюзивных вариантов;
  • снижение веса деталей ГТД за счет оптимизации топологии деталей (уменьшения толщины стенок, элементов, создания сотовых и иных структур, в том числе и т. н. бионического дизайна);
  • возможность создания комплексных, интегрированных деталей за один технологический цикл;
  • управление физико-механическими свойствами создаваемого изделия. 

Внедрением аддитивных технологий в авиационную промышленность занимаются все крупные компании в мире, например, GE (General Electric) и MTU AeroEngines, ведутся разработки в области создания технологий получения практически всех деталей ГТД аддитивными технологиями. К настоящему моменту указанные компании уже прошли процедуру сертификации самого аддитивного производства и сертификацию ряда деталей, устанавливаемых в двигатель. Сертификация большинства деталей либо уже находится в процессе, либо намечена на ближайшие годы.

К аддитивным технологиям, имеющим наибольшие перспективы в авиационной отрасли, относятся: селективное сплавление металлических порошков, спекание высокотемпературных пластиковых материалов, изготовление деталей из керамических порошков, а также лазерная наплавка металлических порошков (LMD). Селективное сплавление позволяет получать детали непосредственно из порошка, минуя или минимизируя промежуточные и подготовительные операции (разработка и изготовление литейной или штамповой оснастки, механическая обработка и т. д.). По предварительно построенной CAD модели происходит послойное «выращивание» детали при выборочном сплавлении частиц порошка в соответствии с геометрией поперечных сечений детали. Толщина слоя при этом может варьироваться от 20 до 100 мкм. Одновременно можно выращивать сразу несколько деталей, количество и размер которых ограничиваются только габаритами рабочего пространства оборудования.

Лазерная порошковая наплавка связана с наплавлением порошка, подаваемого роботизированным дозировщиком в виде газопорошковой смеси через специальную дюзу малого сечения. Такая технология может быть востребована не только для ремонта и упрочнения поверхности детали, но и для создания принципиально новых градиентных материалов или деталей с внутренними силовыми элементами и внешними износо- или жаростойкими покрытиями, которые могут быть получены за один технологический цикл производства.

В то время как многие современные сплавы, например, для лопаток и дисков ГТД, подошли к пику своего развития, аддитивные технологии могут стать платформой для получения новых прорывных материалов и технологий для перспективных двигателей военной и гражданской авиации.

При этом к порошкам для аддитивных технологий предъявляется ряд определенных требований. В первую очередь, это обеспечение сферичности, строго определенного гранулометрического состава, пониженного содержания газовых примесей – кислорода и азота. На данный момент предприятия авиационной отрасли закупают и используют порошки сплавов зарубежного производства, при этом имеется острая потребность в металлических порошках отечественных сплавов. Серийного производства порошковых материалов для данных технологий в России нет.

Для решения данной проблемы предприятия ОДК (НПО «Сатурн», «Авиадвигатель») пытаются  организовать цикл аддитивного производства деталей ГТД, включающий производство расходуемой шихтовой заготовки, получение мелкодисперсных металлопорошковых композиций отечественных сплавов и разработку технологий селективного лазерного спекания деталей из этих порошков с последующей газостатической обработкой. Производство и квалификация  металлопорошковых композиций, проведение полного цикла исследований – всё это позволит избежать дальнейшего отставания от зарубежных конкурентов в данной интенсивно развивающейся области и будет являться базой для создания аддитивных производств на предприятиях отрасли.

Однако следует обратить особое внимание на то, что больше всего временных и финансовых затрат потребует процесс проведения  сертификации техпроцесса каждого конкретного производителя и сертификации получаемых изделий. Следует незамедлительно приступить к проведению данного этапа, т. к. именно эта стадия будет самой длительной при внедрении аддитивных технологий в моторостроении.

Тема аддитивных технологий в нашей стране чрезвычайно популярна. Направление освещается на выставках, многочисленных конференциях, семинарах. Однако нет постоянной площадки, где компетентно обсуждались  бы вопросы промышленных аддитивных технологий, организации аддитивных производств.  Надеемся, что инновационный технологический форум в Рыбинске станет местом общения профессионалов из различных стран, и российские специалисты найдут ответы на насущные вопросы.

Аддитивные технологии с полным основанием можно отнести к достижениям XXI века, они имеют огромный потенциал в деле снижения затрат на создание самых разнообразных видов продукции. Можно сделать вывод о том, что степень использования аддитивных технологий в материальном производстве является верным индикатором индустриальной мощи государства, индикатором его инновационного развития. 

Начать обсуждение


UP-PRO в сетях