В Самарском университете завершились испытания технологии производства турбин с применением 3D-печати

В Институте двигателей и энергетических установок Самарского национального исследовательского университета имени академика С. П. Королева завершились приемочные испытания комплексной типовой технологии аддитивного производства деталей и узлов горячей части индустриальных газотурбинных двигателей. Технология включает процессы 3D-печати методами селективного лазерного сплавления и прямого лазерного выращивания, а также термическую и механическую обработку.

Технология отрабатывалась на пяти видах деталей малоэмиссионной камеры сгорания — горелочных устройствах, внешних и внутренних кожухах камер сгорания, а также внешних и внутренних кольцах аппаратов закрутки. Малоэмиссионные камеры сгорания отличаются повышенной экологичностью и предназначены для энергетических установок, сообщает пресс-служба вуза.

«Помимо непосредственной отработки технологических процессов мы создали интеллектуальную систему конструкторско-технологической подготовки производства на базе PLM «Лоцман». С помощью цифровых технологий она увязывает воедино все стадии создания изделия — от замысла конструктора до воплощения в металле. Иными словами, от этапа конструктивной проработки до получения готовых деталей на промышленных аддитивных установках непосредственно в цехе предприятия. Также разработана методика цифровой организационной конструкторско-технологической подготовки аддитивного производства. Все эти разработки сейчас переданы индустриальному партнеру и внедрены», — рассказал директор Института двигателей и энергетических установок Виталий Смелов.

Проект стартовал в 2021 году и включал пять этапов. Индустриальным партнером Самарского университета имени Королева выступило ПАО «ОДК–Кузнецов». Благодаря проекту на этом предприятии Объединенной двигателестроительной корпорации развернуто комплексное высокотехнологичное производство деталей и узлов горячей части индустриальных газотурбинных двигателей, основанное на аддитивных технологиях, а также модернизирована имевшаяся на заводе установка прямого лазерного выращивания.

Генеральный конструктор ПАО «ОДК–Кузнецов» Павел Чупин считает наиболее значимой разработкой проекта методику цифровой организационной конструкторско-технологической подготовки аддитивного производства. С ее помощью заводские конструкторы и технологи могут разрабатывать процессы 3D-печати любых изделий. В частности, задавать необходимые геометрические формы, подбирать оптимальные режимы сплавления, оценивать характеристики материалов в готовых деталях.

Интеллектуальная система комплексной конструкторско-технологической подготовки производства деталей индустриальных газотурбинных деталей также внедрена на предприятии и интегрирована в единый цифровой контур на базе его PDM-системы.

«Применение аддитивных технологий в сочетании с интеллектуальной системой конструкторско-технологической подготовки производства деталей обеспечивает сокращение сроков подготовки производства и изготовления деталей индустриальных газотурбинных двигателей с повышенными характеристиками», — прокомментировал Павел Чупин.

Как пояснила доцент кафедры технологии производства двигателей Виктория Кокарева, внедрение методов 3D-печати и интеллектуальных систем делает производственный процесс более эффективным, сокращает затрачиваемое время, а также материальные и финансовые затраты.

«При изготовлении изделий с помощью традиционных технологий — штамповкой, резанием, сваркой — как правило, требуется специализированная оснастка, нередко дорогостоящая, причем на ее проектирование и изготовление уходит немало времени. В условиях крупносерийного производства это не столь критично, а вот при разработке новых изделий, на стадии опытного производства, факторы времени и затрат выходят на первый план. Именно здесь, в опытном производстве, преимущества аддитивных технологий проявляются в полной мере», — рассказала Виктория Кокарева.

Созданное в ПАО «ОДК – Кузнецов» комплексное высокотехнологичное производство обеспечивает высокий коэффициент использования материала — более 70%, а выход годной продукции по металлу с учетом повторного использования порошка) — не менее 95%.

С помощью технологий 3D-печати можно также повышать эффективность классических техпроцессов, например литья по выжигаемым и выплавляемым моделям, если печатать модели из пластика и воска на 3D-принтерах. Это тоже весьма актуально для двигателестроительных предприятий.

В целом внедрение разработок Самарского университета имени Королева сулит двигателестроителям немалый эффект. В свою очередь, перед вузом тоже открылись новые возможности, в частности благодаря приобретению на средства проекта новых аддитивных установок. Они аналогичны тем, которыми оснащены производственные участки ПАО «ОДК-Кузнецов», разница лишь в размерах — университетские установки несколько меньше заводских.

«К началу проекта мы уже умели выращивать изделия средних габаритов с помощью технологии селективного лазерного сплавления. Появление установок с более мощным лазерами, работающих с порошками более крупных фракций, вывело нас на печать изделий размером свыше метра. В партнерстве с компанией «ИЛИСТ», чью установку мы используем, нам удалось существенно нарастить свои компетенции в области технологий прямого лазерного выращивания. В частности, испытания показали, что механические свойства наших изделий из порошка жаропрочного сплава ЭП648 соответствуют свойствам образцов, полученных из проката той же марки», — рассказал сотрудник Инжинирингового центра Самарского университета имени Королева Андрей Балякин.

Размер и мощность установок имеют значение: теперь университет способен помогать промышленным партнерам не только исследованиями, но и участием в выполнении производственных заказов.

«Аддитивные установки М-350 и «ИЛИСТ», которые появились в лабораториях Института двигателей и энергетических установок благодаря проекту, позволяют нам не только изучать и отрабатывать технологические процессы в интересах индустриального партнера, но и встраиваться в его кооперационную цепочку. При необходимости мы сможем производить в университете небольшие партии деталей, участвуя в модернизации серийных и разработке новых двигателей», — добавил Виталий Смелов.

С самого начала проекта новые аддитивные установки использовались в учебных процессах.

«Студенты и аспиранты Института двигателей и энергетических установок занимались программированием робота Fanuc, подбором и анализом технологических режимов прямого лазерного выращивания. Кроме того, сотрудники ПАО «ОДК–Кузнецов» прошли у нас курс повышения квалификации», — пояснила Виктория Кокарева.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.