Внутренний корпус российского вертолётного двигателя ВК-2500, полностью созданный методом послойного лазерного сплавления, представлен на стенде Министерства науки и высшего образования РФ на форуме «Открытые инновации» в Сколково. Применение аддитивных технологий для изготовления двигателя позволило сократить срок изготовления до 14 дней. Разработчики: НИТУ «МИСиС» и Санкт-Петербургский государственный морской технический университет (СПбГМТУ).
Использование аддитивных технологий при производстве современных авиационных двигателей позволяет сократить производственный цикл, снизить издержки и значительно ускорить и оптимизировать процессы моделирования и конструирования новых узлов.
Научно-техническая коллаборация инженеров СПбГМТУ и материаловедов НИТУ «МИСиС» в рамках постановления Правительства № 218 реализует комплексный проект по созданию крупногабаритных узлов для отечественного авиастроения. В августе 2019 года на международном авиасалоне МАКС был представлен первый полноразмерный прототип кольца перспективного отечественного авиадвигателя ПД-14, произведённый с использованием технологии прямого лазерного выращивания.
При создании внутреннего корпуса вертолётного двигателя ВК-2500 была использована аддитивная технология послойного лазерного сплавления — крупная функциональная деталь сложной геометрической формы была полностью «напечатана» из порошка титанового сплава.
«Представленный функциональный узел действительно уникален. Можно с уверенностью сказать, что это первая деталь такой сложности и такого габарита, полученная в России с помощью технологии послойного лазерного сплавления из отечественных порошковых материалов», — подчёркивает исполнитель проекта, зам. директора по научной и проектной деятельности Института лазерных и сварочных технологий СПбГМТУ Евгений Земляков.
Применение метода послойного лазерного сплавления в сочетании с оптимизацией режимов 3D-принтера кардинально снизило объём последующей механической обработки корпуса двигателя (шлифовки, обточки, протравки и т. д.), соответственно, сократились сроки изготовления — до 14 дней. Это даёт возможность снизить производственную себестоимость узла, обеспечивая тем самым общую конкурентоспособность отечественного авиадвигателя.
«Совместно с коллегами из НИТУ «МИСиС» мы реализуем комплексный проект, в котором разрабатываются наиболее интересные с точки зрения промышленного применения аддитивные технологии. Это прямое лазерное выращивание и послойное лазерное сплавление (SLM-технология). У каждой технологии своя область применения. Прямое выращивание используется нами для изготовления заготовок габаритами от 0,5 м до 2 м. Послойный лазерный синтез — для заготовок размером до 0,4 м, — рассказывает Евгений Земляков. — Оба метода являются сложными многофакторными процессами, требующими комплексного подхода. В SLM-технологии — это модифицирование детали под аддитивную технологию, определение ориентации детали в процессе выращивания, выбор стратегий выращивания и конструкции поддерживающих структур. При этом технология изготовления не ограничивается только работой 3D-принтера».
Послойное лазерное сплавление — аддитивная технология, использование которой при создании крупных деталей влечёт за собой некоторые известные сложности. Как отмечает один из разработчиков проекта, директор института ЭкоТех НИТУ «МИСиС» Андрей Травянов: «Массивная деталь «растёт» в процессе производства слой за слоем, и в определённый момент, с набором массы и при создании искривлений поверхности, геометрия заготовки начинает «плыть». Результат — деталь забракована. С учётом этого, при моделировании и последующем выращивании используется множество — до 75% общей массы детали — конструкционных поддержек, которые растут параллельно детали и после окончания работы должны быть удалены. Нам удалось снизить их массу более чем в 3 раза, с 75% до 23%».
Такая оптимизация значительно сократила количество используемого при производстве титанового порошка. В настоящее время готовятся испытания полученного узла двигателя на базе одного из ведущих профильных двигателестроительных предприятий России.