Порошковые технологии в небе

Лопатки, камера сгорания и экология — как 3D-печать создает самолеты будущего

3D-принтинг относится к технологиям, которые, едва выйдя из лабораторий, сразу нашли применение в реальной индустрии. При помощи трехмерной печати уже сегодня создают, например, детали самолетов, причем и в России тоже в рамках ФЦП «Исследования и разработки». «Чердак» рассказывает, как 3D-принтинг радикально изменил промышленность. О том, как создаются трехмерные детали для промышленного использования и с какими проблемами сталкиваются отечественные производители, рассказал Евгений Каблов.

Он является академиком РАН, профессором, генеральным директором Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ), где в рамках ФЦП «Исследования и разработки» Министерства образования и науки (проект 14.626.21.0001 «Исследования и разработка экспериментальных аддитивных технологий для изготовления и ремонта сложнопрофильных деталей газотурбинных двигателей (ГТД) с использованием металлических порошков жаропрочного сплава на основе никеля») создано производство новых деталей для промышленности на основе порошковых композиций.

Картинки по запросу 3d печать металлом

3D-принтер — устройство, которое позволяет получать объемные фигуры точно так же, как обычный принтер получает плоские изображения на бумаге, — в последние годы страшно популярен как среди обычных граждан, так и среди ученых. Технологии развиваются, существует множество методов создания таких объемных фигур, и все они объединяются одним понятием — аддитивные технологии, они же технологии послойного синтеза.

Картинки по запросу 3d печать металлом

Такое технологии позволяют создавать детали очень сложной формы из различных материалов, что во многих случаях позволяет отказаться от металлорежущего и кузнечно-прессового оборудования. Суть производства с использованием аддитивных технологий — не в «вычитании» материала из объекта, как в традиционных способах, а, наоборот, в последовательном «сложении» слоев материала. Такой способ позволяет использовать для производства детали ровно то количество материала, которое необходимо. Выход готовой годной продукции при использовании аддитивных технологий составляет 100%, тогда как при использовании традиционных способов выход достигает всего 40%.

Генеральный директор Всероссийского института авиационных материалов, академик РАН Евгений Каблов. Фото: Марина Лысцева/ТАСС

Для создания готовой детали нужно иметь три основных компонента: металло-порошковые композиции, машины для производства деталей по методу аддитивных технологий и машины для производства порошков. Процесс изготовления детали начинается с построения компьютерной модели изделия, нарезанной на тонкие слои-сечения. Нужная деталь в буквальном смысле послойно выращивается в соответствии с компьютерной моделью. Затем изделие подвергается термической и газостатической обработке для минимизации внутренних дефектов и обеспечения оптимального комплекса механических свойств. 3D-принтинг гораздо быстрее привычных технологий: скажем, если какую-то деталь, изготовленную традиционным способом — литейным производством — можно получить за 60 дней, то аддитивные технологии позволяют создать такую же деталь всего за пять.

Картинки по запросу 3d печать металлом

Несмотря на то что в последнее время аддитивные технологии рассматриваются как нечто новое, корнями они уходят в такие области, как картография, фотоскульптура и стереолитография. Сегодня на мировом рынке аддитивных технологий лидирует США: сейчас там 70% деталей, которые выпускаются по аддитивным технологиям, делаются как модели-прототипы, а 30% как «боевые» детали — для Boeing, General Electric и других компаний. Американцы поставили задачу к 2020 году изменить это соотношение так, чтобы 80% деталей были «боевыми», а оставшиеся 20% — моделями и прототипами.

Картинки по запросу 3d печать металлом

Чтобы реализовать в нашей стране такого рода проекты, предприняты попытки создания консорциума, который сможет объединить усилия нескольких научных организаций, производственных предприятий и бизнеса. Такая кооперация объединила ВИАМ с Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого и Институтом проблем лазерных и информационных технологий РАН: вместе они разрабатывают аддитивные технологии для изготовления и ремонта деталей газотурбинных двигателей. «Задача нашего института сводится к тому, что мы разрабатываем и поставляем порошковую композицию, которую никто не производит. Но она отличается качеством, отвечает определенным требованиям по химическому составу, по размеру гранул, имеет определенные соотношения между крупной и мелкой фракцией. В зависимости от самой детали и материала мы работаем над тем, какая будет порошковая композиция. Кроме того, мы разрабатываем стратегию, как их штриховать лазером, — от того, насколько качественно она сделана, зависит количество дефектов в готовой детали», — объясняет Евгений Каблов.

Картинки по запросу 3d печать металлом

Ученый рассказал, что специалисты института впервые в России изготовили по аддитивным технологиям с применением отечественной металлопорошковой композиции деталь перспективного авиационного двигателя ПД-14 (завихритель «фронтового» устройства камеры сгорания). Этот двигатель делается для нового проекта российского ближне-среднемагистрального пассажирского самолета — «Иркут МС-21». Это довольно «хитрая» по форме деталь, и получать ее традиционным способом непросто. Использование аддитивных технологий позволяет решить эту задачу намного эффективнее.

Картинки по запросу 3d печать металлом

«Этот двигатель — фронтовое устройство, которое обеспечивает равномерность горения и влияет на выбросы в окружающую среду. Чтобы обеспечить качественное горение, надо иметь определенный коэффициент распределения. При литье этот коэффициент был 0,19—0,21, при оптимальном значении 0,2. И при традиционном способе конструктор должен был распределять завихрители по значениям коэффициента по всему фронтовому устройству. А сейчас они все как братья-близнецы имеют коэффициент 0,2, и такое распределение не требуется» — подчеркивает Каблов.

Картинки по запросу 3d печать металлом

Проблема сегодняшних производителей в том, что многие отечественные предприятия закупили установки, требующие определенных порошковых композиций. В условиях санкций эти предприятия не могут закупить нужные порошки. Поэтому специалисты ВИАМ заняты разработкой технологий порошков и металлопорошковых композиций, которые позволят избавиться от зависимости от импортных поставщиков. «У нас сейчас очень много масштабных и серьезных задач, связанных с санкциями, ограничениями, вопросами импортозамещения. В основном мы делаем все на собственных разработках, опираясь только на собственные силы и не надеясь, что кто-то придет и что-то нам расскажет», — рассказывает Каблов.

Картинки по запросу 3d печать металлом

«Я считаю, что заслуга руководства Министерства образования и науки в том, что они предложили такую схему: допустили к участию в конкурсах по этой программе все научные организации, которые объединены одной целью, задачей. Принцип консорциума, который организован в этой программе, очень эффективный и правильный. И я думаю, что по этому направлению надо работать всем. И важно, что я сейчас одновременно как директор государственного научного центра, являюсь президентом ассоциации ГНЦ, их у нас порядка 48 в нас в стране, и они дают очень большой объём реализации продукции. Комплекс, который состоит из науки и производства, позволяет нам выходить на прибыль до 400 млн рублей в год на 1900 человек», – говорит директор ВИАМ.

Картинки по запросу 3d печать металлом

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *