Аддитивные технологии, как наиболее перспективное направление быстрого развития науки и технологий (стр. 6 )

Но в зависимости от того, как вы лазером водите, с какой скоростью и какой мощностью, у вас могут и поры возникать, и трещины. Вопросы получения по аддитивной технологии детали из металлического порошка – это совсем другая тема, чем из неметаллического. Те температуры и различия в массе, габаритах в деталях приводят к тому, что возникают большие термические напряжения, и их надо каким-то образом снять. Нужно выстроить систему отвода тепла. У нас первые детали все были косые и кривые, они сразу не получились. Даже образец мы не могли получить для того, чтобы разорвать, потому что его гнуло так, что потом разогнуть нельзя было.

Вопрос воздействия и оценка. Вы говорите, что это можно использовать при конкретной машине. Но для того, чтобы говорить о конструировании какой-то конкретной машины, нужно понять, какие основные параметры лазерного сканирования, какая скорость, какое расстояние между треками. Трек должен наезжать один на другой? Постоянная штриховка или она местами должна вестись? Эти темы крайне важны. И если бы вы эти исследования проводили, они бы для нас, для материаловедов, дали бы большие возможности в плане выработки технологии.

Я бы хотел, чтобы вы не обижались. Мы сегодня собрались по очень важной теме. И конечно, участие сибирского отделения РАН, вашего института, который много работает с лазером… Но давайте мы тогда сосредоточимся на том, что нужно материаловеду. Вы говорите о нанесении покрытия, но это совсем другая технология, которая используется при создании защиты детали от соответствующих воздействий температуры. А мы говорим о том, что мы должны сконструировать материал и сделать деталь. И здесь подходы другие нужны. Если можно…

[01:15:43]

Анатолий Оришич: Вы абсолютно правы, и в конце я вам покажу деталь, которая была сконструирована на основе этой технологии, только она лежит несколько в другой плоскости. Речь шла о создании режущего инструмента, и он именно получен методами фактически теми, о которых мы говорим, то есть методами послойного наращивания порошка для получения заданной детали.

Евгений Кабалов: Мы говорим о наплавке?

Анатолий Оришич: Да. О наращивании на какой-то исходный материал, но наращивания слоя с помощью лазерно-порошкового послойного увеличения поверхности, и получения нужной нам структуры нужного размера, формы. Фактически я хочу сказать и подчеркнуть, что реально с нашей точки зрения это является именно той самой аддитивной технологией. Единственное её отличие состоит в том, что она опиралась на основу, имеющую какую-то деталь, и фактически выращена новая конструкция на базе некоторой основы.

Можно, конечно, убрать эту основу и начинать выращивать всё с нуля. Это может быть не всегда эффективно и производительно.

Евгений Кабалов: Мы с "Авиадвигателем" начали от ремонта. Надо сказать, что вы предлагаете ремонт, это актуально. Восстановление соответствующих кромок лопатки, допустим. И дальше мы создаем то, что характерно для материала основы и получаем это на входной кромке.

Анатолий Оришич:  Да. В частности эта технология может быть использована и в ремонтных работах, вы абсолютно правы. Но не только, и в создании новых деталей, но использующих в качестве основы готовую деталь.

Для получения детали, обладающей минимальным абразивным износом, я о ней уже сказал. В этом направлении нам было интересно понять, можно ли создавать новую технологию на базе спекания порошка ВК. В данной ситуации мы проверяли возможность… Буду употреблять термин "наплавка". Наплавка порошка ВК-6 на поверхность порошка ВК-20.

Оказалось, что в этой ситуации действительно удается получить новую структуру материала, появляются новые химические композиции, они здесь указаны. Здесь показаны новые композиционные структуры.

Кроме этого, естественно, исследовать наплавку порошка на основе железа. В нашем случае мы исследовали структуры типа Р6М5. И оказалось, что при однослойной наплавке железного порошка возникает очень плохая дендридная структура. Однако, к счастью, здесь появилась очень хорошая возможность, что при наплавке очень толстых слоёв очень важно понимать, что верхний слой всегда будет плохим. Да, надо искать решение, по которому нужно будет убрать. Но внутренние слои наплавленного порошка, оказывается, обладают очень хорошей структурой за счет оптимизации, о чем у нас тут была дискуссия.

[01:20:36]

То есть, оптимизируя ход лазерного луча, оптимизируя мощность, размер фокуса, вы можете прогревать, не только наплавляя верхний слой, но еще и нормализуя ситуацию во внутренних слоях. И таким образом получая очень хорошую структуру, которая наблюдается после ковки.

В этом слайде обобщены данные по наплавке различных материалов с точки зрения механических испытаний, а именно абразивного износа. И мы видим, что к сожалению или к счастью, именно никелевый сплав вместе с керамикой обладает в пять раз лучшими характеристиками, то есть минимальным абразивным износом. И где-то даже в три раза эти характеристики лучше, чем у быстрорежущей стали, то есть у обычного железного наплавленного слоя.

Все эти исследования позволяют оптимизировать структуру наплавленного строя. Вы можете получать заданные, нужные вам характеристики, а значит и нужные вам механические характеристики наплавленной поверхности.

На самом деле проблема управления микроструктурой многоплановая. Можно управлять этим, как я говорил, оптимизацией термических циклов. Еще один вариант, который мы исследовали, возможность управления микроструктурой способом добавки туда, на сплав, нанопорошков. Оптимизируя их состав, обычно пользовались керамикой, только уже нанокерамикой. Оптимизируя состав и специально активизируя поверхность этих наночастиц, удается очень существенно измельчить структуру и в разы улучшить механические характеристики.

Например, это удается очень красиво сделать на базе порошка титана, то есть наплавка порошка титана с использованием наночастиц резко улучшает его характеристики.

Скажем, работа с алюминием, там нанопорошки оказались малоэффективными, там перспективным оказалось механическое воздействие, то есть деформация, в том числе со сплавами, которые создаются в ВИАМ, то есть 24, 69. Там удается получить прочность, сравнимую с прочностью основного материала другими способами. В каждом конкретном случае уже существует сегодня очень много наработок, которые можно использовать в том числе и в создании в чистом виде деталей, о которым сегодня очень много шла речь. Спасибо за внимание.

Евгений Кабалов: Спасибо. Еще раз хотел бы подчеркнуть очень интересные результаты исследований, которые при соответствующем подходе можно реализовать уже непосредственно уже в производстве при создании и выпуске определенных деталей и конструкций.

Я хотел бы остановиться и попросить Александра Аксенова, заместителя главного инженера по аддитивным технологиям на "Авиадвигателе", спросить о том, как в реальном производстве контролируются, изготавливаются детали, и какие требования предъявляют соответствующие службы приемки по качеству к тем деталям, которые делают по этим аддитивным технологиям? Абсолютно правильно, они не весь двигатель решили сделать по аддитивным технологиям. Они отобрали те детали, которые по их мнению наиболее подходящие, и здесь будет выигрыш и в весе, и в трудоемкости при изготовлении двигателя ПД-14 [01:24:50] Пожалуйста.

Александр Аксенов: Спасибо за предоставленное слово. Я хотел бы рассказать, как реально мы у себя в компании принимаем аддитивные технологии, и какие проблемы сдерживают внедрение в стране и в нашей компании.

[01:25:24]

Из всего многообразия аддитивных технологий, как мы считаем, у нас внедрены три технологии. Это СЛС, ЛНД и СЛМ технологии. СЛС технологии – это мы изготавливаем модели для литья, ЛНД – это ремонтные технологии, восстановление оснастки, каких-то лопаток, дефектов и тому подобное. И СЛМ технологии, чем мы сейчас занимаемся совместно с ВИАМ, это получение прямых деталей с помощью лазера.

Маленькая история. Мы данной технологией занимаемся с 2004 года. В 2010 году мы у себя полностью внедрили технологию СЛС, позже ЛНД, СЛМ. С 2014 год мы участвуем в ФЦП, являемся головным исполнителем данной программы, где проводят работу по исследованиям материалов. Ниже приведены четыре сплава, которыми мы занимаемся совместно. Это нитриды ВК на АВР, [01:27:03] два лопаточных сплава Ж13Ж6К [01:27:03] и новый сплав, это больше для (нрзб.) [01:27:08] литья, это ВЖ-159 [01:27:13]

Хотелось бы рассказать про первую технологию СЛС, как мы у себя её внедрили, назвать цифры. У нас была традиционная технология литья по выплавляемой модели. Мы её модернизировали, и у нас получилось литье по выжигаемой модели. Мы вместе выплавляемых моделей стали выращивать детали, они выжигаются. Из всего многообразия технологий мы для себя выбрали материал праймкаст, импортный, отечественные только начинаем, в авиации их практически нет. И хотелось бы поблагодарить фирму "АБ Универсал", которая помогла нам поставить эту технологию, фирму (нрзб.) [01:28:21] когда мы этим занимались, у нас были хорошие и перспективные дружеские отношения, но сейчас пока это всё приостановилось.

Вот традиционная технология литья по выплавляемой модели. У нас есть чертеж отливки, мы делаем восковую модель, проектируем оснастку, делаем управляющую программу (нрзб.) [01:28:50] эту модельку, получаем (нрзб.) [01:28:52] проверяем её, если она годная, то дальше по процессу литья, если негодная, то дорабатываем оснастку. И дальше процесс нанесения формового покрытия, заливка, отвеска, наведение операций…

Вы видите в розовом квадратике, мы полностью ушли от проектирования оснастки, проектирования управляющих программ. Самое главное – от покупки дорогостоящего инструмента для изготовления оснастки, и самого материала для изготовления оснастки.

Получился новый процесс литья по выжигаемой модели. Есть капмодель, мы делаем заготовки из полистирола. С помощью определенного ПО мы выращиваем эту деталь, подготавливаем эту модель, и дальше традиционный процесс литья.

Первый вывод и преимущество данной технологии. Если раньше мы в получении чертежа делали от 6 до 40 недель, то сейчас делаем за месяц. Плюс мы не делаем оснастку. Это время и деньги, как видите.

[01:30:26]

У нас появилась возможность делать детали, для которых в своё время невозможно было сделать оснастку. Второе – появилась возможность быстро отрабатывать технологию изготовления литья. Мы можем (нрзб.) [01:30:45] сделать в деталях, запустить ПС6 [01:30:49] , потом выбрать диаметры, которые нам подходят. То же самое, что "Авиадвигатель" (нрзб.) [01:30:52] бюро, которое занимается разработкой и доведением до ума газотурбинных двигателей. То есть у нас продукт – не железо,  как бы (нрзб.) [01:31:03] Но в железе мы всё это испытываем у себя.