В Центре аддитивных технологий установлен 3D-принтер для керамики с толщиной стенки изделий до 15 мм

Репортаж от Wedoany，Центр аддитивных технологий (ЦАТ), входящий в структуру Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК), установил на своей площадке промышленный 3D-принтер для керамики, изготовленный компанией «Ретех». Данное оборудование позволяет изготавливать керамические изделия с толщиной стенки до 15 миллиметров, тогда как ранее технологический предел составлял от 6 до 8 миллиметров, при превышении которого значительно возрастал риск растрескивания.

Перспективные авиационные двигатели предъявляют все более высокие требования к экономичности и экологичности с каждым поколением, а улучшение параметров термодинамического цикла требует повышения температуры газа на выходе из камеры сгорания. Только за счет конструктивных решений по повышению эффективности охлаждения стенок камеры сгорания и лопаток турбины добиться значительного повышения температуры сложно, поэтому необходимо внедрение деталей из жаропрочных никелевых сплавов, титановых сплавов, порошковых никелевых сплавов, а также керамических материалов в сочетании с защитными покрытиями, повышающими жаростойкость, для обеспечения ресурсных показателей.

Аддитивные технологии уже применяются в промышленности для быстрого прототипирования, что позволяет сократить время разработки изделий и изготавливать детали сложной геометрии, которые трудно или невозможно получить механической обработкой, литьем или ковкой. Благодаря топологической оптимизации, переменной толщине стенок, внутренним полостям и многослойным конструкциям масса деталей может быть снижена на десятки процентов при сохранении прочности и ресурса. Данная технология также позволяет повысить коэффициент использования материала, сократить количество отходов и снизить зависимость от оснастки и инструмента, а оборудование может быть быстро переналажено.

Центр аддитивных технологий специализируется на разработке технологий 3D-печати, и его задачей является внедрение аддитивных технологий в авиадвигателестроение, аэрокосмическую промышленность и промышленность России в целом. С лета текущего года центр получил статус разработчика конструкторской документации, и его конструкторское бюро может самостоятельно готовить документацию в соответствии с национальными стандартами, одновременно проводя научно-исследовательскую деятельность, опытно-конструкторские работы и изготавливая опытные и серийные образцы деталей авиационных двигателей.

Инженерная керамика применяется в тех случаях, где другие материалы не выдерживают высоких температур, трения или химического воздействия, однако изготовление керамических деталей сложной формы ранее считалось серьезной технологической задачей. Используемая в центре технология 3D-печати керамики основана на методе стереолитографии, где печатным материалом служит густая паста, состоящая из жидкого фотополимера и керамического порошка. Выбор керамических материалов широк, что позволяет придавать изделиям такие требуемые свойства, как высокая механическая прочность, твердость, термостойкость, теплопроводность и другие.

В процессе печати слой керамической пасты наносится на платформу и разравнивается, ультрафиолетовый лазер выборочно засвечивает слой в соответствии с программой, соответствующей геометрии изделия, после чего платформа опускается на заданную толщину слоя, и подача материала продолжается для следующего слоя. После завершения построения детали неполимеризованные частицы пасты удаляются с поверхности, при последующей обработке фотополимер, служащий связующим, выжигается, и наконец керамика спекается при температуре от 1400 до 1700 градусов Цельсия. Новые составы материалов и режимы термической обработки обеспечивают качество деталей.

В настоящее время специалисты уже отрабатывают на данном оборудовании изготовление с помощью 3D-печати керамики оснастки, деталей и изделий, включая стержни для литья лопаток газотурбинных двигателей, гильзы термопар, фильтрующие элементы, а также тигли для плавки жаропрочных сплавов. Генеральный директор Центра аддитивных технологий Алексей Мазалов отметил, что технология 3D-печати керамики является важным направлением импортозамещения, и освоение этой технологии будет способствовать развитию двигателестроения, поскольку керамические изделия, полученные таким методом, способны заменить импортную оснастку в литейных и термических цехах различных отраслей промышленности. Использование керамики позволяет внедрять новые решения в двигателестроении, включая изготовление стержней для литья лопаток двигателей, и повышать термостойкость деталей.

Эксперты полагают, что 3D-печать керамики найдет широкое применение в производстве малогабаритных газотурбинных двигателей, например, для изготовления деталей соплового аппарата и рабочих колес турбины из керамики. Керамические детали способны выдерживать температуры до 1500 градусов Цельсия, сохраняя при этом стабильность геометрической формы и демонстрируя устойчивость к высокотемпературной коррозии и окислению.