ОПИСАНИЕ ВОЗМОЖНЫХ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ИЗГОТОВЛЕНИИ КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ МАЛОЙ ТЯГИ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И МАТЕРИАЛОВ Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК629.78

ОПИСАНИЕ ВОЗМОЖНЫХ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ИЗГОТОВЛЕНИИ КАМЕРЫ ЖИДКОСТНОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ МАЛОЙ ТЯГИ АДДИТИВНЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ И МАТЕРИАЛОВ

*

В.В. Зуев, Д.А. Коровин , Ю.Ю. Степанищев Научный руководитель - В.П. Назаров

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф.Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

*Е-шай: mityani@mail.ru

Представлено описание применяемых в промышленности материалов для 3D-печати и примеров производственных аддитивных технологий.

Ключевые слова: аддитивные технологии, SLM, материалы.

A DESCRIPTION OF POSSIBLE ADDITIVE TECHNOLOGIES AND MATERIALS FOR USE IN THE MANUFACTURE OF THE LOW THRUST LIQUID ROCKET

ENGINE CHAMBER

V.V. Zuev, D.A. Korovin*, Y. Y. Stepanishchev Scientific Supervisor - V.P. Nazarov

Reshetnev Siberian State Space University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

*Е-mail: mityani@mail.ru

Presented description of materials used in industry for 3D printing and the examples of additive manufacturing technologies.

Keywords: additive technologies, SLM, materials.

Разработка нового изделия - затратный процесс, как по времени, так и по объёму труда, требующий далеко не один этап проектирования. Значительно сократить время на создание новой модели помогают постепенно внедряющиеся методы трёхмерного моделирования на компьютере с использованием математическихCAD-моделей.

Различные системы компьютерного проектирования, в особенности CAD, позволяют заметно сократить временные затраты и объём средств на проектирование новых изделий. Благодаря аддитивным технологиям появилась возможность решить одну из самыхглавных проблем, появляющихся при разработки нового изделия- изготовление физического образца, а также отдельной детали для изделия со сложной формой, позволяя значительно сократить затраты на изготовление детали, стоимость которых зачастую будет равняться стоимости самой разработки изделия, и при этом будет соответствовать стандартам [2]. В процессе разработки нового проекта, особенно на стадии комплексного проектирования, зачастую затруднительно разглядеть ошибки и недостатки, используя только экран дисплея. Имея в доступе физическую модель разрабатываемого изделия, можно устранить выявленные при осмотре ошибки, тем самым скорректировать пути процесса проектирования для завершения модели без дефектов.

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1

Прототип изделия можно использовать для визуализации и анализа конструкции, что значительно упрощает разработку будущего изделия, и позволяет конструкторам провести различные испытания и осуществить доработки. Несомненным плюсом наличия прототипа изделия является возможность использовать его в маркетинговых целях или для определения стоимости будущего изготовления.

В современных реалиях на рынке существует множество различных аддитивных систем, позволяющих создавать модели с использованием различных технологий и из большого разнообразия материалов. Чаще всего уделяют внимание CAD- и CAE-системам, учитывая тип изделия, используемые материалы и какие АТ будут применяться при его изготовлении.

а). ^^ 6).

Рис. 1. Принцип построения физической модели

В машиностроительных отраслях наиболее распространенными считаются такие технологии печати как: SL (Stereolithography); FDM (FusedDepositionModeling); SLS (SelectiveLaserSintering); LOM (LaminatedObjectManufacturing), DED

(Directedenergydeposition). Из этой группы наиболее распространенной технологией считается SLS- селективное лазерное спекание, действующая по принципу точечного спекания металлического или пластикового порошка лазерным лучом (Рис. 1), что позволяет использовать её не только в машиностроении, но и в авиакосмической промышленности и в строительстве [4].

Примерами компаний, активно использующих SD-печать в ракетно-космической и авиационной промышленности, можно считать зарубежную RelativitySpace, которая активно использует SLM-технологии в производстве компонентов ракетного двигателя, применяя при этом вместо металлического порошка, сплав в виде проволоки собственного производства. А также отечественную компанию ОАО «НИАТ НТК», которая успешно провела замену топливных форсунок авиационного двигателя с применением АТ технологий, в результате чего уменьшилась масса и снизился процент брака [3].

В 3D-печати часто выбирают для использования металлические порошки, так как они являются самыми прочными из доступных материалов для 3D-печати. Изделия, созданные из металлического порошка, по многочисленным параметрам превосходят прочие аналоги, произведенные с помощью традиционных технологий (прокатка, литье и др.). Наибольшей популярностью пользуются материалы, такие как порошковые металлы и сплавы, в их числе: инструментальная сталь, кобальт-хромовые сплавы, нержавеющая сталь, инконель - никель-хромовый жаропрочный сплав (используется при создании камеры сгорания и сопла в ракетном двигателе), золото, титановые сплавы, платина, и др. Также для изготовления сложных геометрических мастер-моделей можно использовать пластиковые порошки -полимеры, такие как полистирол, полиамид и т. д. Так же существуют российские аналоги, которые значительно дешевле и почти не уступают зарубежным аналогам [1].

SLM или Selectivelasermelting — технология производства сложных изделий посредством лазерного послойного плавления металлического порошка [5]. В ракетно-космической технике SLM печать наиболее популярно за счет своих плюсов, одними из которых являются возможность изделия со сложной геометрией включая каналы для охлаждения, уменьшение массы изделия и экономия материалов при изготовлении. SLM установки помогают решать

сложные производственные задачи промышленных предприятий, работающих в аэрокосмической, энергетической, машиностроительной и приборостроительной отраслях. Печатные установки также используются в университетах, конструкторских бюро, и применяются при проведении научно-исследовательских и экспериментальных работ.Научным коллективом кафедры ДЛА СибГУ им. М.Ф. Решетнева разработаны конструкции камер ракетного двигателя малой тяги (Рис. 2), изготовленные методом селективного лазерного сплавления индустриальным партнером университета ООО «Полихром». Корпусы камер выполнены из алюминиевого сплава Силумин РС-300.

В настоящее время проводятся исследования качества изготовления камер и определение фактических параметров прочности и виброустойчивости.

Рис. 2. Изображение изготовленных из силумина по технологии SLM камер

В заключение следует отметить, что аддитивные технологии являются перспективным направлением в машиностроительной и ракетно-космической отраслях. Они позволяют облегчить этап разработки изделия, производить замену компонентов, при всем этом снижая процент брака и уменьшая массу изделия, при изготовлении которого данные технологии задействовались.

Библиографические ссылки

1.Cyberpedia [Электронный ресурс1.Ц^:кйр8://суЬегреё1а.8и/19х1151.к1т1 (дата обращения: 05.02.2022)

2.Docp1ayer [Электронный ресурс1.Ц^:кйр8:/Моср1ауег.сот/29882726-У-а-уа1е1;оу-additivnye-tehno1ogii-sostoyanie-i-perspektivy.htm1(дата обращения: 04.02.2022)

3. Журнал об аддитивных производствах[Электронный ресурс]. URL: https://additiv-tech.ru/pub1ications/trehmernaya-pechat-d1ya-proektirovaniya-uz1ov-i-b1okov-raketno-kosmicheskih-sistem.htm1 (дата обращения: 08.02.2022)

4.G1obatek3D [Электронныйресурс] URL:https://3d.g1obatek.ru/3d printing techno1ogies/s1m-tech/ (дата обращения: 05.02.2022)

5. Книги 3D-печать[Электронный ресурс] URL: https://3d.i-medvedev.ru/ded/ (дата обращения: 05.02.2022)

© Зуев В В., Коровин Д.А., Степанищев Ю.Ю., 2022