Продолжаем тему аддитивного производства, и сегодня расскажем про внутренний корпус двигателя российского вертолета ВК-2500, полностью созданный методом SLM. Разработан корпус совместно НИТУ «МИСиС» и Санкт-Петербургским государственным морским техническим университетом (СПбГМТУ). Применение аддитивных технологий для изготовления детали позволило сократить срок изготовления до 14 дней (против минимум месяца в случае изготовления классическими методами).

Использование аддитивных технологий при производстве современных авиационных двигателей позволяет сократить производственный цикл, снизить издержки производства и значительно ускорить и оптимизировать процессы моделирования и конструирования новых узлов.

Научно-технический коллектив инженеров СПбГМТУ и материаловедов НИТУ «МИСиС» занимается созданием крупногабаритных узлов для отечественного авиастроения. В августе 2019 года на международном авиасалоне МАКС был представлен первый полноразмерный прототип кольца перспективного отечественного авиадвигателя ПД-14, произведенный с использованием технологии прямого лазерного выращивания. Кстати, об этом мы писали тут.

При создании внутреннего корпуса вертолетного двигателя ВК-2500 была использована аддитивная технология послойного лазерного сплавления (SLM) – крупная функциональная деталь сложной геометрической формы была полностью «напечатана» из порошка титанового сплава.

Напоминаем, что технология SLM – метод 3D-печати, при которой металлический порошок плавится лазерным лучом. Для начала создается 3D-модель изделия. Затем она делится на 2D-слои, которые печатаются последовательно один на другой. На особую платформу наносится тонкий слой порошка, затем лазер сплавляет 2D-модель по контурам, платформа опускается, поступает новый слой порошка, и цикл продолжается.

«Представленный функциональный узел действительно уникален. Можно с уверенностью сказать, что это первая деталь такой сложности и такого габарита, полученная в России с помощью технологии послойного лазерного сплавления из отечественных порошковых материалов», – зам. директора по научной и проектной деятельности Института лазерных и сварочных технологий СПбГМТУ Евгений Земляков.

Применение метода SLM в сочетании с оптимизацией режимов 3D-принтера кардинально снизило объем последующей механической обработки корпуса двигателя (шлифовки, обточки, протравки и т.д.), соответственно, сократились сроки изготовления – с более чем 30 до 14 дней. Это позволяет снизить производственную себестоимость узла, обеспечивая тем самым общую конкурентоспособность отечественного авиадвигателя.

«Совместно с коллегами из НИТУ «МИСиС» мы реализуем комплексный проект, в котором разрабатываются наиболее интересные с точки зрения промышленного применения аддитивные технологии. Это прямое лазерное выращивание и послойное лазерное сплавление (SLM-технология). У каждой технологии своя область применения. Прямое выращивание используется нами для изготовления заготовок габаритами от 0,5 м до 2 м. Послойный лазерный синтез – для заготовок размером до 0,4 м, – рассказывает Евгений Земляков. – Оба метода являются сложными многофакторными процессами, требующими комплексного подхода. В SLM-технологии – это модифицирование детали под аддитивную технологию, определение ориентации детали в процессе выращивания, выбор стратегий выращивания и конструкции поддерживающих структур. При этом технология изготовления не ограничивается только работой 3D-принтера».

Корпус двигателя – как он выглядит изнутри

Как отмечает один из разработчиков проекта, директор института ЭкоТех НИТУ «МИСиС» Андрей Травянов: «Массивная деталь «растет» в процессе производства слой за слоем, и в определенный момент, с набором массы и при создании искривлений поверхности, геометрия заготовки начинает «плыть». Результат – деталь забракована. С учетом этого, при моделировании и последующем выращивании используется множество – до 75% общей массы детали — конструкционных поддержек, которые растут параллельно детали и после окончания работы должны быть удалены. Нам удалось снизить их массу более чем в 3 раза, с 75% до 23%».

Такая оптимизация значительно сократила количество используемого при производстве титанового порошка. В настоящее время готовятся испытания полученного узла двигателя на базе одного из ведущих профильных двигателестроительных предприятий России.

На днях представили на стенде Министерства науки и высшего образования РФ на форуме «Открытые инновации» в Сколково.

Автор: Мария Перемитина