Ученые СПбГМТУ и НИТУ «МИСиС» предложили использовать технологию прямого лазерного выращивания для создания внешнего кольца двигателя ПД-14. Первый экспериментальный образец заготовки был изготовлен в СПбГМТУ с использованием уникального оборудования собственной разработки.

«Прямое лазерное выращивание — аддитивная технология, которая позволяет значительно повысить эффективность производственного процесса. Например, корпус камеры сгорания для небольшого газотурбинного двигателя можно вырастить с нуля за 3 часа, в то время как при использовании традиционных технологий на изготовление уйдет около двух недель. В нашем случае для создания заготовки детали потребовалось около 130 часов, при том, что габариты заготовки составляют более 2х метров в диаметре. Масса заготовки уменьшилась более чем втрое. Это значит, что кардинально снижается объем последующей мехобработки, соответственно, сокращаются сроки изготовления, снижается производственная себестоимость, обеспечивая тем самым конкурентоспособность отечественных авиационных двигателей», — отметил один из разработчиков проекта директор института ЭкоТех НИТУ «МИСиС» Андрей Травянов.

Для создания внешнего кольца двигателя ПД-14 был использован титановый сплав, который в виде порошка газовой струей подавался под лазерный луч, оплавляющий его, обеспечивая послойный «рост» детали. В результате инженеры миновали стадии отливки, ковки и раскатки заготовки. Процесс производства ускорился на порядок, При этом механические свойства выращенного материала не уступают металлопрокату и значительно превосходят свойства литья, что подтверждено результатами механических испытаний, проведенных как в лабораториях НИТУ «МИСиС», так и в независимых лабораториях, включая Центральную заводскую лабораторию (ЦЗЛ).

Еще одно технологическое преимущество использования аддитивных технологий при создании авиадеталей — конструктор видит результаты в режиме реального времени, и может быстро вносить необходимые изменения. Процесс проектирования и создания новой техники с использованием данного метода ускоряется в десятки раз. Технология дает возможность комбинации нескольких газопорошковых струй и подачи различных материалов в зону выращивания, создавая тем самым изделия с градиентными свойствами, то есть одна часть детали может быть коррозионностойкой, а другая — жаростойкой, что особенно важно для аэрокосмической отрасли.

«Изготовлению этого образца предшествовали всесторонние теоретические и экспериментальные исследования: были разработаны математические модели процесса, проведено большое количество металлографических исследований, томографии и рентгенографии образцов, механических испытаний, определены оптимальные режимы и стратегии выращивания, изготовлено несколько макетов.В ходе выращивания опытного образца было применено несколько новых технических решений, которые в настоящее время находятся в стадии правовой защиты. Например, выращивание горизонтальным лазерным лучом, использование „динамической“ подложки для борьбы с образованием трещин, технологические приёмы увеличения производительности процесса, прогнозирование термических деформаций и их учет в технологической модели изделия при генерации управляющей программы для обеспечения требуемой точности построения.», — подчеркивает ответственный исполнитель проекта, зам. директора по научной и проектной деятельности Института лазерных и сварочных технологий СПбГМТУ Евгений Земляков.

В настоящее время готовятся испытания полученного узла двигателя на базе одного из ведущих профильных двигателестроительных предприятий России. Начало промышленного производства запланировано на 2020 год. Полученный положительный опыт позволит также использовать разработанные технологии и при проектировании и изготовлении двигателя ПД-35.

Источник: НИТУ «МИСиС»

Аддитивное производство – универсальная технология, которая обещает значительно потеснить методы литья в ближайшее время. Одним из наиболее распространенных методов аддитивного производства является селективное лазерное сплавление (СЛС).

Детали из сплавов на основе системы Al-Si (алюминий-кремний), синтезированные по технологии СЛС, обладают высокой прочностью при комнатной температуре. Однако они, как правило, не подтверждают ее при температурах выше 200 градусов Цельсия.

«Дефекты – такие как горячие трещины и несплавленные частицы порошка – типичные проблемы, сопровождающие изготовление деталей путем селективного лазерного сплавления», — рассказал РИА Новости один из авторов, доцент НИТУ «МИСиС» Александр Чурюмов.

Ученые НИТУ «МИСиС» и сотрудники ИЛМиТ пошли путем легирования силумина, чтобы улучшить механические характеристики материала.

«Мы разработали химический состав сплава и параметры СЛС, обеспечивающие бездефектную структуру и требуемые механические свойства нового жаропрочного сплава Al-Si-Ni-Fe (алюминий-кремний-никель-железо). Хорошо известно, что никель может улучшить механические свойства сплавов Al-Si-Fe за счет уменьшения размера упрочняющих фаз», — объяснил Александр Чурюмов.

Для нового сплава ученые разработали высокопроизводительный режим СЛС, обеспечивающий объемную плотность синтезированного материала на уровне 99,8% от теоретической. Высокая прочность обеспечивается мелкой структурой материала, образованной фазами Si, Al5Fe(Ni, Cu) и Al3(Ni, Cu).

По словам создателей, разрабатываемые материалы будут полезны для получения деталей сложной формы с оптимизированной геометрией для автомобильной, авиационной и космической техники.

Источник: РИА Новости

Снижение веса стало возможным с введением новой технологии изготовления кронштейна бионического формата методом лазерного выращивания из порошка российского титанового сплава. Опытная партия инновационных кронштейнов успешно прошла испытания, пишут Известия.

В НИТУ «МИСиС» разработали технологию изготовления некоторых деталей авиационного двигателя, которая позволила добиться снижения массы изделий сразу на 20%. Для изготовления кронштейна перспективного авиадвигателя ученые и инженеры воспользовались новейшими идеями современного материаловедения и авиастроения.

«Уникальность разработки для отечественного авиастроения в том, что форма кронштейна была спроектирована с использованием бионического дизайна — компьютерной топологической оптимизации. Это особый подход к проектированию, позволяющий найти для конструкции наилучшее распределение материала в заданной области для заданных нагрузок и условий работы», — рассказал директор института экотехнологий и инжиниринга (ЭкоТех) НИТУ «МИСиС» Андрей Травянов.

В результате оптимизации форма кронштейна существенно усложнилась, поэтому изготовить его традиционными методами, например литьем, стало невозможно. В этом случае единственный путь — использование аддитивных технологий послойной печати металлами, в частности, так называемого селективного лазерного плавления (selective laser melting).

Сотрудники лаборатории гибридных аддитивных технологий НИТУ «МИСиС» провели ряд исследований, которые позволили найти такие технологические параметры для 3D-выращивания сложных изделий из титановых сплавов с бионическим дизайном, чтобы их свойства удовлетворяли требованиям ГОСТа к литым титановым деталям. Помимо радикального снижения веса ученым попутно удалось добиться существенного сокращения производственных расходов за счет экономии дорогостоящего порошка для 3D-печати.

«Разработанная нами технология выращивания титановых изделий с бионическим дизайном помимо снижения веса детали позволяет сократить расход порошка при печати более чем в три раза», — рассказал сотрудник лаборатории, заместитель директора «ЭкоТех» Павел Петровский.

Источник: AEX.RU