Представьте большой огород. На грядках в ряд высажены морковь, огурцы, помидоры, картофель и прочие овощи. Их удобряют, пропалывают, само собой поливают, чтобы спустя какое-то время собрать урожай. Этот заурядный процесс знаком даже детсадовцам. А теперь представьте, что точно также можно взять и вырастить… деталь для авиадвигателя. С той лишь разницей, что роль грядки сыграет специальный станок, а вместо семечка — заготовка.
Около года назад НПО «Сатурн» запустил Центр аддитивных технологий. Это событие стало логичным продолжением их десятилетнего освоения. Главное отличие от других видов производства — детали не выплавляют или вытачивают, а как раз «выращивают». Со свойственной аддитивным технологиям скоростью, за считанные месяцы Центр получил признание коллег, и на сегодня по праву считается крупнейшим в России. О том, как всё выглядит изнутри, рассказываем в 43-м выпуске «Заводных будней».
Выросли за год
Аддитивные технологии постепенно входят в нашу жизнь, плавно переходя из разряда «Вау, разве это возможно?!» в категорию обычных вещей. Мы уже привыкли читать новости про очередные чудеса 3D-принтеров, что только не печатающих, включая протезы конечностей по методу слоёного пирога. Было бы удивительно, если бы эти, ещё вчера сказочные, разработки не нашли применения в промышленности. На «Сатурне» их впервые внедрили в далёком 2004-м. Конечно, за десятилетие поменялось и само оборудование, и материалы, и возможности для их применения. Шаг за шагом приходило понимание: в один ряд с традиционными способами формообразования, такими как литье и механообработка, уверенно встают аддитивные технологии. Благодаря своим уникальным возможностям, они открывают новые горизонты и позволяют реализовать самые смелые конструкторские идеи.
Максим Фёдоров, главный инженер опытного завода НПО «Сатурн»: «В апреле прошлого года строители сдали нам новые площади, начался монтаж оборудования, пуско-наладочные работы. Запуск нового подразделения состоялся около года назад. С первых дней работы мы поставили амбициозную задачу — не просто изготовить опытные образцы деталей, а внедрить их в газотурбинные двигатели. Для опытных образцов выбрали детали камеры сгорания — завихрители, горелочные устройства и некоторые другие. Провели комплексные исследования. „Горячие“ испытания камеры сгорания ГТД-110 с установленными экспериментальными деталями при температуре около девятисот градусов, прошли успешно».
Уже не на бумаге, а на деле доказано: использование аддитивных технологий позволяет в десятки раз сократить время производства, снизить себестоимость за счёт сокращения затрат на технологическую подготовку производства, характерную для того же литья.
Рассмотрим на конкретных примерах:
Рецепт № 1. Готовим деталь традиционным способом
Для начала изготовим пресс-форму для получения восковой модели. Звучит просто, на деле это порой выливается в месяцы, необходимые на разработку и доводку. Получаем восковую модель, затем наносим на нее керамику, вытапливаем воск. В получившуюся керамическую оболочковую форму заливаем металл, и уже из созданной таким образом отливки мы сможем получить деталь.
Рецепт № 2. Воспользуемся аддитивными технологиями
Возьмем 3D модель детали, разработаем управляющую программу, загрузим её в нашу «чудо-печку» и через несколько часов получим заготовку детали.
Первый способ оправдан, если речь идёт об изготовлении большой серии, но если требуется изготовить десяток-другой деталей, что в авиадвигателестроении не редкость, метод «по старинке» существенно тормозит производство.
Максим Фёдоров: «Изготавливая детали с помощью аддитивных технологий, мы можем получать сложнопрофильные конструкции, которые попросту невозможно изготовить иными методами. Это расширяет технологические возможности, что, несомненно, сказывается на качестве разработок. Спустя год работы Центра, мы говорим об этом с уверенностью».
Всё дело в кадрах
Погружаясь в мир аддитивных технологий, понимаешь, что фантазия здесь нужна не только конструкторам, но и технологам. Универсального «рецепта» для «выращивания» деталей просто не существует, поэтому всё зависит от того, какими знаниями и опытом обладает персонал, и насколько велико его желание сделать работу на высшем уровне.
Павел Макридин, оператор установок: «Несмотря на полную автоматизацию процесса, без творческого подхода не обойтись. С опытом приходит понимание, как должна располагаться деталь, можно ли оптимизировать технологический процесс. Ты должен учитывать конфигурацию детали, её габариты, положение в пространстве, используемый материал и многое другое. Здесь фантазия ограничена только размерами рабочей зоны оборудования».
Конечно, все процессы автоматизированы, полностью контролируются техникой, но подготовка и кнопка «пуск» всё же в руках человека. И от него зависит очень многое.
Евгений Киселёв, оператор установок: «Важен не диплом, а голова на плечах! Базовое образование у всех разное, есть и высшее, и среднее. Главное — уметь думать и стремиться к развитию».
Операторы в Центре аддитивных технологий «Сатурна» обслуживают одновременно две-три установки. На текущий момент в российских вузах подготовка специалистов по аддитивным технологиям не ведется. На предприятии это учли заранее, и уже с 2011-го года, словно детали, стали самостоятельно «выращивать» квалифицированные кадры. В итоге, коллектив Центра укомплектовали специалистами высочайшего уровня.
Денис Федосеев, руководитель проекта по аддитивным технологиям: «Центром аддитивных технологий апробирована вся технологическая цепочка изготовления деталей для газотурбинных двигателей: от разработки 3D модели до функциональной детали. Внедряются инновационные принципы проектирования с учетом новых технологических возможностей аддитивных технологий, так называемый бионический дизайн.
Совместно с ВИАМ, на период с 2016-го по 2019-й год запланирована разработка коррозионностойких высокотемпературных материалов и масштабируемой технологии полного цикла изготовления ключевых сложнопрофильных высокопрочных деталей.
Сейчас разрабатываются отечественные металлопорошковые композиции, иначе говоря «порошки», из которых потом и «выращиваются» детали. В этом году из пробных партий отечественных порошков кобатового суперсплава и нержавеющей стали успешно синтезированы опытные образцы, проведены все необходимые исследования и сейчас ведутся работы по оптимизации. В 2015-м более двухсот опытных деталей, изготовленных селективным сплавлением из кобальтового, титанового сплавов, нержавеющей стали, успешно прошли стендовые испытания в составе двигателей».
Увеличиваем «грядки»
Подводя итоги года работы Центра аддитивных технологий, можно с уверенностью сказать: старт получился мощным. Но это не повод расслабляться и останавливаться. Теперь нужно набирать обороты: проводить углубленные исследования, увеличивать пропускную способность и номенклатуру деталей, внедряемых в конструкции газотурбинных двигателей. Цель на следующий год — получение отечественных порошков и разработка технологии изготовления деталей из них.
Чтобы в подробностях описать все процессы, происходящие в Центре аддитивных технологий, не хватит и цикла материалов. Процесс превращения серого порошка в осязаемую конструкцию кажется волшебством. А рассказы о том, что металлические детали могут «печататься» — вымыслом. Но лишь до того момента, пока не увидишь всё собственными глазами. Мне повезло.
Повезло и Александре Остриковой. Посмотреть уникальное производство по аддитивным технологиям можно её глазами.
