Вертолет из принтера: российские ученые впервые "напечатали" крупногабаритный корпус вертолетного двигателя

Вертолет из принтера: российские ученые впервые "напечатали" крупногабаритный корпус вертолетного двигателя

Внутренний корпус двигателя российского вертолета ВК-2500, полностью созданный методом послойного лазерного сплавления, представлен на стенде Министерства науки и высшего образования РФ на форуме "Открытые инновации" в Сколково. Применение аддитивных технологий для изготовления двигателя позволило сократить срок изготовления до 14 дней. Разработчики: НИТУ "МИСиС" и Санкт-Петербургский государственный морской технический университет (СПбГМТУ).

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-техническая коллаборация инженеров СПбГМТУ и материаловедов НИТУ "МИСиС" в рамках постановления Правительства N 218 реализует комплексный проект по созданию крупногабаритных узлов для отечественного авиастроения. В августе 2019 года на международном авиасалонеа МАКС был представлен первый полноразмерный прототип кольца перспективного отечественного авиадвигателя ПД-14, произведенный с использованием технологии прямого лазерного выращивания.

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

"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", - подчеркивает исполнитель проекта, зам. директора по научной и проектной деятельности Института лазерных и сварочных технологий СПбГМТУ Евгений Земляков.

Применение метода послойного лазерного сплавления в сочетании с оптимизацией режимов 3D-принтера кардинально снизило объем последующей механической обработки корпуса двигателя (шлифовки, обтачки, протравки и тд), соответственно, сократились сроки изготовления - до 14 дней. Это дает возможность 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".

Послойное лазерное сплавление - аддитивная технология, для которой характерны специфические особенности. 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.