Активная работа по исследованию аддитивных технологий (АТ) в целях применения в авиационном двигателестроении развернута на уфимском ПАО «ОДК – УМПО» (входит в Госкорпорацию Ростех). Сегодня аддитивные технологии – одно из наиболее динамично развивающихся направлений «цифрового» производства, которое позволяет применить новый подход к созданию заготовки, сократить количество деталей двигателя и его стоимость.
Работа по освоению аддитивных технологий ведется на всех предприятиях Объединенной двигателестроительной корпорации. Холдинг планирует применять их 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 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 Министерством образования и науки 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, которые 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 два десятилетия 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. В настоящее время 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 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 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.