Лаборатория аддитивных технологий

Самарский национальный исследовательский университет им.  С.П. Королёва

 

Лаборатория аддитивных технологий с 2013 года занимается разработка новых производственных технологий с применением технологии селективного лазерного сплавления. Сегодня значительно расширился круг партнеров и заказчиков научно-технических услуг лаборатории.

 

Аддитивные технологии имеют огромный потенциал для совершенствования производств изделий из новых материалов, топологически оптимизированных и улучшенных по функциональным характеристикам. Благодаря разрабатываемым технологиям селективного лазерного сплавления (СЛС) отечественных металлических порошковых композиций стало возможным изготовление деталей сложной геометрической формы, а также создание деталей с заданными микроструктурой и механическими свойствами для аэрокосмической техники.

На сегодняшний день научно-исследовательская работа продолжается в направлении  создания «бездефектных» технологий СЛС металлического порошка титанового сплава ВТ6, учитывая в качестве входных данных не только основные технологические параметры, такие как, мощность лазера, скорость сканирования, расстояние между параллельными проходами лазерного луча (шаг сканирования) и диаметр пятна лазера, но и качество исходного/просеянного материала, защитной атмосферы,  «критические» элементы геометрии типовой заготовки. На данный момент ведется работа по созданию и верификации комплексной цифровой модели процесса СЛС металлического порошка титанового сплава ВТ6 для прогнозирования образующихся деформаций, которые вызваны остаточными напряжениями, снижающими механические свойства и точность деталей.

Результаты работы.

За время работы в лаборатории и создания новых технологических процессов для предприятий реального сектора экономики были достигнуты следующие результаты:

— разработаны и внедрены методики оптимизации режимов технологических процессов аддитивного производства, обеспечивающие заданные эксплуатационные характеристики изготавливаемых деталей на ПАО «ОДК-Кузнецов», НИИ «Экран», АО «РКЦ Прогресс», ПАО «Салют», АО «Металлист-Самара»;

— разработаны и внедрены методики функциональных испытаний изделий, изготавливаемых технологией СЛС;

— апробированы технологические процессы селективного лазерного сплавления отечественных порошковых материалов для деталей типа «Завихритель», «Горелка», «Жаровая труба», «Штамповая оснастка», «Сопловой аппарат»;

— освоено в условиях предприятия АО «УЗГА» изготовление деталей авиационной техники с применением аддитивных технологий, методом СЛС металлического порошка из сплава ВЖ159;

— разработаны и внедрены технологии проектирования и аддитивного производства секций соплового аппарата 1 и 2 ступени турбины ГТД из материала In738 совместно с ООО «АнТурбо»;

— изготовлен с применением технологий аддитивного производства опытный образец малоразмерного газотурбинного двигателя тягой 20кгс и др.

В тесном сотрудничестве с предприятием АО «Авиаагрегат» была проведена опытно-технологическая работа по разработке технологии изготовления детали-представителя из титанового порошка сплава ВТ6 методом СЛС с указанием режимов печати на установке SLM 280HL, расположения заготовок на столе построения установки, с организацией минимальных элементов поддержек. Были изготовлены и испытаны образцы-свидетели и опытные образцы.

Для АО «Металлист-Самара» создано горелочное устройство камеры сгорания газотурбинного двигателя. Первоначально сборка состояла из шести деталей. Специалистам удалось, используя SLM-технологию, сделать ее фактически цельной деталью и очень быстро получить хорошие результаты. Горелочное устройство стало легче (масса снизилась с 2 до 1,7 кг) и лучше по своим функциональным свойствам, а суммарная стоимость изготовления снизилась более чем в два раза.

Основным предприятием-партнером лаборатории на протяжении многих лет является ПАО «ОДК-Кузнецов».

 

Цель исследований:

— сокращение длительности производственного цикла при сохранении функциональных свойств изделий, повышением качества и точности изготовления за счет создания цифровой технологии (модели) аддитивного производства, учитывающей множественные показатели качества, возможности и ограничения технологических процессов и свойств материала, интеграции данных контроля, натурных и виртуальных экспериментов на цифровых двойниках аддитивного производства;

— сокращение производственных издержек;

— уменьшение массы изделия.

По результатам испытаний опытных образцов и образцов-свидетелей в условиях предприятий механические свойства изделий сопоставимы со свойствами аналогичных материалов, получаемых традиционными технологиями.

Виталий Смелов
директор Института двигателей и энергетических установок Самарского университета,
заведующий лабораторией аддитивных технологий

Предприятия остро ощущают потребность в специализированных кадрах и компетенциях разработки цифровых технологий производства, позволяющих сократить в десятки раз время производственного цикла и затрат на производство. Моделирование процессов СЛС позволяет добиваться улучшения физических и механических свойств изготавливаемых изделий, а также обеспечить требуемую плотность формируемых изделий, которая оказывает влияние на их механические свойства, включая прочность, твердость, и особенно, пластичность и циклическую выносливость.