 |
Преимущества АМ-технологий. Сравнение методик изготовления детали
|
|
|
|
Преимущества АМ-технологий
| Экономия | Применение АМ-технологий |
| Трудоемкость работ Расходы на производство | Технология позволяет сократить время изготовления 3 деталей до 1 месяца, а время сборки со смежными компонентами — на 5 дней |
| Вместо ряда традиционных операций обработки можно создавать деталь в одном технологическом действии | |
| Вес напечатанной детали на 300 г легче традиционной конструкции, что дает почти 1 кг экономии для целого спутника | |
| Издержки при эксплуатации | Напечатанные из порошка титана детали с большей вероятностью сохраняют находящееся на спутнике оборудование от возможных сбоев |
Топливные баки для спутников Lockheed Martin Space Systems изготовлены компанией RedEye. С применением 3-D технологий напечатаны 10 частей для 2 м и 6 частей для 1, 2 м испытательных баков. На изготовление было затрачено 250 тыс. долл., что в половину меньше традиционного производства компонентов.
Метод прямого лазерного спекания металла (DMLS), разработанный крупнейшей компанией EOS, использован Калифорнийской компанией SpaceX для изготовления камеры двигателя SuperDraco многоразового космического корабля Dragon. В частности, камера сгорания была изготовлена при помощи трехмерной печати. Особенности DMLS позволили РД произвести до 7 257, 48 кг тяги, что обеспечило маневренность космического корабля и точность управления на орбите и во время прохождения через атмосферу Земли.
Американское космическое агентство (NASA) – один из лидеров по применению аддитивных технологий при изготовлении деталей к космическому грузовику Space Launch System.
SLM-метод широко применяется в двигателестроении инженерами NASA. При помощи SLM установки был произведен и успешно протестирован инжектор двигателя для ракеты RL-10. Испытание инжектора ракетного двигателя (РД) компании Aerojet Rocketdyne совместно с Научно-исследовательским центром NASA им. Гленна (Кливленд) продемонстрировало внушительные результаты в области АМ-технологий (табл. 30).
|
|
|
Таблица 30
Сравнение методик изготовления детали
| Параметры | 3-D печать методом SLM | Традиционные способы обработки |
| Срок сдачи детали | 3 недели (из них 40 часов на изготовление) | 6 месяцев |
| Количество компонентов детали | 1 часть | 4 части |
| Количество спаянных (сварных) соединений | 0 спаек | 5 спаек |
| Стоимость детали | 5 тыс. долл. | 10 тыс. долл. |
Aerojet Rocketdyne провела испытания системы впрыска топлива демонстрационного двигателя Bantam, работающего на жидком кислороде/керосине (рис. 196). Этот двигатель будет полностью построен с использованием аддитивных технологий. По сравнению с двигателями, построенными по традиционным технологиям, производственный цикл нового двигателя сокращен с года до двух месяцев, количество движущихся частей двигателя снижено с десятка до трёх, производственные затраты снижены на 65% по сравнению с традиционными производственными процессами.
|
| Рис. 196. Испытание системы впрыска топлива двигателя Bantam |
Lufthansa Technik, используя технологии аддитивного производства, планирует начать ремонт компрессорных лопаток высокого давления в авиационных двигателях.
В ноябре 2013 г. концерн Rolls-Royce принял решение об увеличении количества элементов авиационных двигателей, изготовленных с использованием АТ (рис. 197). Исследования, проведенные представителями компании, показали увеличение скорости производства в 10-15 раз, снижение массы деталей (до 50 %), экономию дорогостоящих материалов и возможность изготовления более совершенных и легких конструкций сложной формы из металлов и керамических материалов.
|
|
|
|
| Рис. 197. Корпус подшипника с внутренними каналами, изготовленный по технологии селективного лазерного плавления |
Примером успешного применения аддитивных технологий может служить изготовление топливного завихрителя (рис. 198). Традиционными технологиями изготовить топливный завихритель можно только в случае разбиения его на несколько отдельных частей, но, изготовив его как единое целое с применением аддитивных технологий, можно добиться снижения массы и увеличения прочности.
|
| Рис. 198. Топливный завихритель, произведённый Morris Technologies |
Имеется положительный опыт использования аддитивных технологий и российскими компаниями. Российская компания ОАО «НИАТ НТК» провела работы по замене сварных топливных форсунок авиационного двигателя на «выращенные» из никелевого сплава CL 100NB (рис. 199). В результате значительно снижен процент брака, масса изделия уменьшена на 17%.
Рис. 199. Сварная и «выращенная» топливная форсунка. Предоставлено ОАО «НИАТ НТК»
Так например, для ремонта дорогостоящих изделий, например, рабочих органов турбин ГТД, валов (рис. 200) и т. д., а также для нанесения защитных и износостойких покрытий, используют такие аддитивные технологии, как DMD и LENS.
Рис. 200. Восстановление деталей авиационного двигателя. Источники
В работе приводятся сведения о том, что использование стереолитографии позволило на стадии разработки узлов ГДТ уменьшить стоимость экспериментов, сократить общее время проектирования, повысить точность расчетных исследований и резко понизить общее количество запусков установки.
Специалисты Всероссийского научно-исследовательского института авиационных материалов (ВИАМ) впервые в России изготовили по аддитивной технологии прототип малоразмерного газотурбинного двигателя (МГТД) для беспилотных летательных аппаратов.
МГТД (рис. 201) был изготовлен полностью на базе аддитивного производства ВИАМ по новой технологии послойного лазерного сплавления с использованием металлопорошковых композиций жаропрочного и алюминиевого сплавов, созданными специалистами института. Эта технология позволяет получить деталь в 30 раз быстрее, чем традиционными способами, толщина стенки камеры сгорания этого двигателя составила 0, 3 мм.
|
|
|
Рис. 201. Малоразмерный газотурбинный двигатель
Первый успешный опыт внедрения аддитивных технологий в ВИАМ осуществлен в 2015 г. Тогда впервые в нашей стране был изготовлен из отечественной металлопорошковой композиции завихритель фронтового устройства камеры сгорания перспективного двигателя ПД-14. В настоящее время напечатано более 200 завихрителей.
Определенные методы создания АМ-технологий (табл. 31) значительно ускорили инновационное развитие авиационной и ракетно-космической промышленности.
|
|
|
