Активная работа по исследованию аддитивных технологий (АТ) в целях применения в авиационном двигателестроении развернута на уфимском ПАО «ОДК – УМПО» (входит в Госкорпорацию Ростех). АТ, одно из наиболее динамично развивающихся направлений «цифрового» производства, позволяют применить новый подход к созданию заготовки, сократить количество деталей двигателя и его стоимость.

Аддитивные технологии (технологии послойного синтеза) – одно из ключевых направлений технологического развития ОДК. Работа по  их освоению консолидированно ведется на предприятиях корпорации. Холдинг планирует применять данные технологии при серийном производстве перспективных российских газотурбинных двигателей, которые будут сертифицированы в 2025- 2030 годах.

«ОДК является флагманом в области развития аддитивных технологий в индустриальном производстве в России, и ОДК-УМПО здесь отводится важная роль, – говорит управляющий директор ПАО «ОДК-УМПО» Евгений Семивеличенко. – Согласно принятой в ОДК «Концепции развития аддитивных технологий» на базе нашего предприятия планируется создание центра компетенции ОДК по изготовлению титановых заготовок расширенных габаритов для перспективной продукции. Для этого будет применяться технология селективного лазерного сплавления и прямого лазерного сплавления (в том числе с использованием гетерофазной порошковой лазерной металлургии). В настоящее время в рамках госконтракта с Минобрнауки РФ совместно с Санкт-Петербургским государственным морским техническим университетом и Московским институтом стали и сплавов мы выполняем пилотную работу, связанную с апробацией процесса холодного газодинамического напыления для крупногабаритных гибридных титановых и композиционных заготовок. Они применяются при изготовлении перспективных газотурбинных двигателей. По нашим оценкам, в будущем с применением АТ можно будет изготавливать по весу до 20% объема заготовок деталей для авиационных двигателей. Таким образом, если еще пару десятилетий назад идея о том, что деталь можно «вырастить» с помощью лазера, казалась фантастикой, то сейчас уже очевидно, что аддитивные технологии стали частью нашей реальности. Для реализации столь масштабных проектов, безусловно, нужны квалифицированные специалисты. На сегодня мы уже провели обучение конструкторов и операторов установок в Воронежском центре АТ».

В России ведутся разработки оборудования и технологий прямого лазерного сплавления и послойного сплавления металлических порошков. Из отечественных производителей можно отметить оборудование Института лазерных и сварочных технологий (ИЛИСТ) в Санкт-Петербурге, где применяется авторская технология – гетерофазная порошковая лазерная металлургия (ГПЛМ). По сравнению с аналогичными зарубежными технологиями прямого лазерного выращивания данный метод весьма конкурентоспособен по скорости формообразования заготовок. Также имеется отечественное оборудование послойного лазерного синтеза (SLM), где применяется отечественное программное обеспечение. В настоящее время подобная установка производства Государственного научного центра РФ «ЦНИИТМАШ» проходит процедуру тестирования под задачи ОДК в сравнении с ведущими зарубежными брендами. В качестве разработчика технологий можно отметить проект Московского института стали и сплавов по внедрению процесса холодного газодинамического напыления для изготовления крупногабаритных титановых заготовок.

Как и в случае с уже привычными (традиционными) технологиями, применение АТ в авиадвигателестроении можно разбить на два крупных направления: изготовление «пилотных» партий заготовок для опытной отработки конструкции двигателя и серийное производство, в том числе ремонт, АТ-заготовок. При этом применение АТ при опытной отработке конструкции позволит значительно уменьшить сроки создания и вывод изделий на рынок. Кроме того, АТ позволяют получать заготовки с меньшими технологическими ограничениями, конструктору не надо «подгонять» их под традиционную технологию, и он уже может оперировать только понятием эксплуатационной целесообразности. Существующие сегодня ограничения по применению АТ (в частности, по габаритным размерам изделия, точности изготовления, прочности, жаропрочности) в будущем технически преодолимы за счет применения различных типов АТ. Например, для габаритных заготовок подойдет метод прямого лазерного выращивания, обеспечить точность поможет технология селективного лазерного сплавления, жаропрочность – электронно-лучевое сплавление и т.д.

Евгений Семивеличенко отмечает: «Сегодня все основные усилия научного АТ-сообщества сконцентрированы на отработке серийного производства, приемлемого по ценовым и прочностным параметрам. Технически АТ возможно применять при изготовлении практически всех заготовок металлических деталей авиадвигателя, за исключением монокристаллических турбинных лопаток. Вопрос в том – насколько это экономически целесообразно. Поэтому говорить о полном переходе в ближайшем будущем от традиционных технологий к аддитивным не совсем корректно. Полной замены явно не произойдет. Однако применение АТ для пилотных партий фасонных заготовок из титановых сплавов, сталей и жаропрочных сплавов очень перспективно. Основная область, где может серийно произойти замена литья на АТ, – это заготовки рабочих и сопловых лопаток (алюминид титана, никель, кобальт). Хотя применение АТ не исключает механическую обработку, оно значительно изменит требования к ней за счет значительного снижения (в десятки раз) припусков».

Работы по освоению аддитивных технологий активно ведутся и другими предприятиями ОДК. Так, на базе рыбинского ПАО «ОДК -Сатурн» функционирует Центр аддитивных технологий (ЦАТ). Он специализируется на изготовлении деталей, моделей и узлов газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения методами послойного синтеза.

Помимо аддитивных технологий другими основными направлениями технологического развития ОДК являются:

- полимерные композиционные материалы (качественно изменят конструкцию двигателей);

- высокотемпературные материалы — на керамической и интерметаллидной матрице (внедрение этих металлов позволяет качественно повлиять на цикл двигателя);

- «более электрические» двигатели, а также технологические решения, позволяющие заменить элементы гидравлической, пневматической механизации;

- суперкомпьютерные технологии (позволят выйти на новый уровень аналитического проектирования, основанный на использовании численных методов на всех этапах жизненного цикла газотурбинных двигателей);

- бестурбинные двигатели.

Источник