Американская компания Beehive разрабатывает турбореактивный двигатель с помощью 3D-печати, сократив число деталей до 40

Репортаж от Wedoany，Американская компания аддитивного производства Beehive Industries разрабатывает турбореактивные двигатели для беспилотных летательных аппаратов и других одноразовых платформ, используя технологии 3D-печати в качестве основы. Главный директор по продуктам компании Горди Фоллин в недавнем интервью сообщил, что турбомашинная часть её флагманского турбореактивного двигателя Frenzy состоит всего из 5 деталей, тогда как в традиционных конструкциях обычно требуется около 200; весь двигатель, включая болты и шайбы, насчитывает около 40 деталей, что значительно меньше более чем 400 деталей в традиционной конструкции.

Фоллин проработал более двадцати лет в GE Aerospace и Pratt & Whitney, участвовал в разработке двигателя GE Catalyst и присоединился к Beehive Industries пять лет назад. По его словам, на раннем этапе команда изучала такие области, как промышленные газовые турбины, ракетостроение, стоматология и медицинское оборудование, и в конечном итоге, исходя из комплексного баланса производительности, веса, стоимости и сроков, выбрала аэрокосмическую и оборонную отрасли в качестве основного направления, после чего сосредоточилась на беспилотных системах для упрощения процессов сертификации и повышения скорости итераций.

Frenzy — не первый продукт Beehive. Компания изначально изготовила и протестировала несколько демонстрационных двигателей, некоторые конструкции были вдохновлены проектом X-61 Gremlin. Фоллин отметил, что на создание первого демонстрационного двигателя — от чистого листа до первого испытания — ушло всего семь месяцев. Впоследствии, благодаря возможностям финансирования в рамках таких программ, как «Увеличенная дальность управляемых боеприпасов» (ERAM) и «Семейство экономичных ракет массового производства» (FAMM), Beehive вышла на рынок двигателей меньшего класса. Фоллин вспоминает, что три года назад заказчики заявляли о необходимости увидеть продукт в течение трёх лет, но считали, что никто не сможет так быстро разработать двигатель, однако реальная скорость компании опровергла эти ожидания.

Beehive Industries — не просто цех по печати. На раннем этапе компания печатала детали на заказ для других отраслей, и в настоящее время по-прежнему производит детали для предприятий энергетики, аэрокосмической и оборонной отраслей. Часть из них печатается напрямую методом селективного лазерного плавления в порошковой ванне, часть — через аддитивное литьё, то есть непосредственной 3D-печатью керамических форм для заливки, заменяющей традиционный многоэтапный процесс изготовления восковых моделей. Недавно компания добавила возможность металлического литья, чтобы в зависимости от объёма производства выбирать более экономичный маршрут между аддитивным производством и традиционным литьём. Фоллин отметил, что литые детали по характеристикам идентичны напечатанным; в настоящее время затраты на собственное производство напечатанных и литых турбин практически сопоставимы, однако при закупке литых турбин на стороне их цена значительно превышает стоимость собственной печати.

На этапах проектирования и производства Beehive полностью применяет методологию проектирования для аддитивного производства (DfAM). Центральная рама двигателя Frenzy объединяет диффузор компрессора, корпус камеры сгорания, вкладыш камеры сгорания, корпус подшипника, сопловой аппарат первой ступени турбины, топливную форсунку и топливный коллектор, печатаемые как единая деталь. Фоллин утверждает, что такая конструкция невозможна при традиционном производстве. Что касается повышения эффективности, Beehive не стремится снижать шероховатость поверхности напечатанных лопаток, а получает выгоду за счёт устранения путей утечек и оптимизации аэродинамической конструкции. Для участков с крайне жёсткими допусками или высокими напряжениями, таких как кончики лопаток турбины и соединения вала, сохраняется механическая обработка, однако напечатанные детали не подвергаются полной финишной механической обработке.

Фоллин отметил, что по сравнению с аналогичными двигателями традиционного производства Frenzy на 20–30% эффективнее. Компания в настоящее время наращивает производственные мощности и планирует в рамках «демонстрации производства» изготовить большое количество двигателей всего за одну-две недели, готовясь к серийному выпуску. Beehive рассчитывает произвести несколько сотен двигателей в этом году, несколько тысяч к 2027 году, а через год после этого — возможно, около 10 000. В плане найма компания предпочитает инженеров с опытом работы в аддитивном производстве или в сфере реактивных двигателей, а также привлекает механиков к участию в конструкторских рецензиях, чтобы избежать проектирования деталей, которые невозможно изготовить.

Отвечая на вопрос об использовании 3D-принтеров китайских поставщиков аддитивного оборудования — компании Bright Laser Technologies (BLT) или Farsoon Technologies (Farsoon), Фоллин однозначно заявил, что такой вариант не рассматривается. Он пояснил, что проблема заключается не в технических возможностях принтеров, а в безопасности данных. Компания занимается военными применениями и будет продолжать использовать компоненты, произведённые в США или их союзниками. Он отметил, что в процессе технического обслуживания оборудования существует риск утечки информации, поэтому необходимо проявлять осторожность; влияние сферы применения на технологический процесс столь же важно, как и другие факторы.