Драйвер роста: о Центре аддитивных технологий Ростеха
Фото: Александр Уткин
Центр аддитивных технологий Ростеха отмечает трехлетие своей деятельности. Сегодня это крупнейшее в России предприятие, специализирующееся на промышленной 3D-печати полного цикла. Здесь создаются детали для самых масштабных проектов отечественной авиации, таких как двигатели ПД-14, ПД-35, ВК-650В, ВК-1600В, вертолет «Ансат».
К своему дню рождения ЦАТ запускает новые мощности, которые позволят нарастить объем производства в 3,6 раза. В ближайших планах – старт производства первых серийных компонентов для авиадвигателя ПД-14. О работе Центра и преимуществах аддитивного мышления читайте в нашем материале.
Мыслить аддитивно
Аддитивное производство на основе металла – новейшее направление в промышленности, которое сегодня переживает подъем. Это способ создания деталей методом поэтапного добавления материала на основу, также называемый промышленной 3D-печатью. В отличие от традиционного производства, где от заготовки отсекается все лишнее, при 3D-печати изделие, наоборот, постепенно создается из металлического порошка, как бы выращивается.
В основе 3D-печати всегда лежит цифровая модель будущей детали. Ключевое преимущество нового метода – более короткий производственный цикл, который позволяет быстрее выводить готовую продукцию на рынок. Другой важный момент – экономичность и экологичность метода. 3D-принтеры работают с минимумом отходов, позволяя использовать практически столько исходного материала, сколько нужно для производства конкретной детали.
В авиастроении одной из основных характеристик всех комплектующих является их масса. Аддитивное производство позволяет значительно облегчить деталь. А за счет того, что появляется возможность создавать более сложные цельные конструкции, снижается количество отдельных элементов. Соответственно, исключаются многие технологические операции, такие как сварка, сборка. 3D-печать позволяет объединить в одном узле 30-40 элементов без потери функциональности.
При прямом расчете аддитивное производство может показаться дорогостоящим, но нужно учитывать, что 3D-печать дает более широкие возможности. «Аддитивное мышление позволяет создавать конструкции, которые невозможно получить стандартными методами», – утверждает генеральный директор ЦАТ Владислав Кочкуров.
Крупнейший в России
Для масштабного внедрения промышленной 3D-печати на предприятиях Ростеха в 2018 году на площадке ММП им. В.В. Чернышева был создан Центр аддитивных технологий. Организаторами ЦАТ стали холдинги авиационного комплекса Корпорации: ОДК, «Вертолеты России», КРЭТ и «Технодинамика». Центр выступает единым интегратором в области аддитивного производства для предприятий Ростеха.
За три года работы специалистами Центра освоено производство 450 видов деталей. ЦАТ обладает наиболее крупным парком оборудования для 3D-печати в России – 41 единица аддитивного и вспомогательного оборудования. В феврале текущего года Центр прирастет новой техникой, которая позволит на 261% увеличить объемы производства. Кроме того, ЦАТ получил статус сервисной компании полного цикла, что дает возможность организации серийного производства деталей авиадвигателей.
На базе ЦАТ создается распределенная инфраструктура подразделений по работе с аддитивными технологиями на предприятиях Госкорпорации, где инженеры ведут опытные работы, изучают возможности применения 3D-печати на конкретных производствах. Сотрудники ЦАТ проводят обучение по международной программе Additive Minds («Аддитивное мышление»). За два года существования проекта в обучении приняли участие около 100 специалистов. Таким образом, в том числе решается вопрос нехватки кадров в этой еще молодой индустрии.
Как печатают металлом
Центр располагает самым современным оборудованием для промышленной 3D-печати. Здесь применяются две базовые аддитивные технологии: селективного послойного сплавления лазером и прямого лазерного выращивания. Принтеры отличаются габаритами печати и количеством лазеров в рабочей камере. В одном устройстве можно печатать сразу несколько разных деталей.
Технология селективного лазерного сплавления − полная плавка частиц с последующим созданием монолитных моделей − позволяет максимально сократить риски образования микротрещин, вызванных пористостью структур, и повышает качество изделия в сравнении с традиционными литейными процессами. Именно на принтере, работающем по этой технологии, будет запущено первое в ЦАТ серийное производство деталей для авиадвигателя. Здесь будут печататься завихрители фронтового устройства камеры сгорания – важный элемент топливной системы авиадвигателя ПД-14. Примечательно, что эта деталь изначально проектировалась для производства аддитивным методом, традиционными способами ее создать просто невозможно.
Прямое нанесение металла, в отличие от послойного – более быстрый и дешевый процесс, с помощью которого к тому же можно получать изделия больших габаритов. При этом методе деталь выращивается посредством точечного нанесения и сплавления лазером металлического порошка. Прямое нанесение отлично подходит для ремонтных работ, когда нужно нарастить уже существующую деталь: для восстановления геометрии лопаток двигателя, ремонта штампованной или литейной оснастки. Используется лазерное выращивание и для создания биметаллических структур, например когда требуется покрыть дешевый металл более дорогим.
Как уже говорилось, одним из преимуществ аддитивной печати является существенная экономия на материалах. По словам сотрудников ЦАТ, доля вторичного использования исходных материалов в Центре составляет примерно 95%. Перед повторным применением оставшийся после печати металлический порошок пропускается через специальную просеивающую установку. То есть можно говорить о практически безотходном производстве. Для сравнения − при традиционных способах изготовления потери сырья могут составлять до 85%.
Большое внимание уделяется качеству выпускаемых изделий. Во-первых, ЦАТ располагает промышленным сканером для оптической 3D-метрологии, который с помощью оптики сверяет готовую деталь с ее цифровой моделью, выявляя малейшие расхождения. Во-вторых, недавно в Центре открылась собственная лаборатория для различных методов испытаний. В ней образцы изделий проверяются на разрыв, растяжение, сжатие и другие параметры. Кстати, входящий контроль материала тоже максимально жесткий – недоброкачественные исходники могут не только дать брак на выходе, но и испортить дорогостоящее оборудование.
Большие проекты ЦАТ
Центр аддитивных технологий является кооперантом и постоянным партнером компаний Объединенной двигателестроительной корпорации, особенно тесное сотрудничество ведется с ММП им. В.В. Чернышева. Центр производит аддитивным способом детали для новейших модификаций двигателей, что позволяет увеличить надежность моторов и сократить время на их изготовление.
Например, при создании деталей для перспективного вертолетного двигателя ВК-650В с момента получения специалистами Центра финального комплекта конструкторских документов до сборки двигателя для стендовых испытаний прошло меньше четырех месяцев. При традиционных методах изготовления деталей таких сроков достичь невозможно. По проекту около 12% деталей ВК-650В будут выпускаться по аддитивным технологиям. Двигатель разрабатывается с 2019 года и будет использоваться на многоцелевом вертолете Ка-226Т в качестве замены импортных силовых установок.
Еще одна разработка «ОДК-Климов», в которой будут детали, напечатанные в цехах Центра аддитивных технологий, − двигатель ВК-1600В, предназначенный для вертолетов Ка-62. Демонстрационный двигатель уже собран и ожидает стендовых испытаний. Здесь также будет около 10% деталей аддитивного производства, ЦАТ отвечает за элементы компрессорной части. Сертификация двигателя ВК-1600В запланирована в 2023 году.
Для двигателя ПД-35 силами Центра создана опытная партия лопаток холодной части. Это опытный авиационный двигатель-демонстратор ПД-35 разработки «ОДК-Авиадвигатель». Предполагается, что двигатель будет использоваться для установки на перспективные широкофюзеляжные самолеты.
Большим событием Центра аддитивных технологий должен стать запуск в серийное производство завихрителей для двигателя ПД-14. Сейчас на предприятии проходит процесс аттестации технологии производства. Начало производства запланировано на второй квартал 2021 года. Это будет первый серийный проект ЦАТ для авиации.