Slm-печать в двигателестроении Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

УДК 339.944

SLM-ПЕЧАТЬ В ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИИ

А. А. Высоцкий Научный руководитель - Д. А. Жуйков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассматривается процесс SLM-печати, сравнение с традиционными методами создания изделий и перспективы этого метода в ракетостроении.

Ключевые слова: аддитивные технологии, 30-печатъ, ТНА, РД, ракетостроение, 30-принтеры.

SLM PRINTING IN ENGINE BUILDING

A. A. Visockiy Scientific Supervisor - D. A. Zhuykov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

SLM is about the printing process, the comparison with the traditional methods of creating products and the prospects of this method in the rocket bulding.

Keywords: additive technology, 3D printing, rocket building, 3D printers.

Selective Laser Melting (Выборочная лазерная плавка) - метод аддитивного производства, использующий лазеры высокой мощности (как правило, иттербиевые волоконные лазеры) для создания трехмерных физических объектов за счет плавки металлических порошков [1]. В настоящее время, это один из самых перспективных направлений в производстве деталей ракет [1]. По сравнению с традиционными методами создания изделий, SLM имеет ряд преимуществ:

- низкая себестоимость изделий;

- сокращение производственных процессов, что увеличивает производительность, при создании единичных изделий;

- безотходное производство;

- практически нет ограничений по сложности изделий;

- возможность печати из большого спектра порошковых металлов, таких как: нержавеющая сталь, инструментальная сталь, кобальт-хромовые сплавы, титан, алюминий, золото и др.;

- разрешение печати от 20 микрон [2].

К недостаткам можно отнести:

- эффект «образования шариков» или сфероидизация для некоторых видов сплавов (олово, медь, цинк, свинец);

- наличие внутренних напряжений в изделии;

- ограниченность в использовании легированных сталей [2].

Изделия, полученные селективным лазерным плавлением, в некоторых случаях прочнее литых на 2-12 %. Это можно объяснить малым размером зерен и микроструктурных составляющих, которые образуются в результате быстрого охлаждения расплава. Быстрое переохлаждение расплава значительно увеличивает число зародышей твердой фазы и уменьшает их критический размер. При этом быстро растущие на зародышах кристаллы, соприкасаясь друг с другом, начинают препятствовать своему дальнейшему росту, тем самым формируя мелкозернистую структуру. Нормальная пористость для изделий, полученных SLM-методом, составляет 0-3 % [2].

Секция «Двигателии энергетические установки летательньш и космических аппаратов»

Весь процесс проходит в герметично закрытой камере, наполненной азотом, аргоном или другим инертным газом. Контролирующая система направляет луч мощного лазера на металлические частицы, расплавляя и сваривая их в соответствии с 2Б-моделью слоя [3]. По контурам сечения проходит сплошная сварка, а внутренности стенок объекта могут свариваются выборочно. Если остается порошок, его используют для создания нового объекта [3].

На практике, NASA уже напечатали ТНА с помощью SLM технологии и провели испытания. Турбонасос был подвергнут 15-ти тестам, во время которых, заведенный на полную мощность, он оказался способен доставить топливо при температуре минус 240 градусов по Цельсию в верхнюю ступень ракеты, которое затем сжигалось при температуре 3 315 градусов Цельсия для генерации 35000 фунтов тяги [4]. 3Б-печатный ТНА, способен вращаться на скорости более 90 000 оборотов в минуту и генерировать более 2000 л.с. (1500 кВт) энергии, обеспечивая накачку 1 200 галлонов (4 500 литров) низкотемпературного водорода в минуту. Как утверждает НАСА, благодаря использованию 3Б-печати, в конструкции турбонасоса использовано на 45 % меньше деталей, чем в обычном ТНА [4].

Применение технологий 3Б-печати в ракетостроительной промышленности рассмотрены в работе [5].

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что аддитивные технологии по праву являются одним из самых перспективных направлений в производстве, а SLM печать, в свою очередь, уже может достойно конкурировать с традиционными технологиями создания изделий в таких серьезных и ответственных отраслях, как ракетостроение и авиация, где деталь должна выполнять свои функции, быть прочной, но вместе с тем иметь материал только в тех местах, где без него не обойтись.

Библиографические ссылки

1. 3D today [Электронный ресурс]. URL: http://3dtoday.ru/wiki/SLM_print/ (дата обращения: 17.03.2016).

2. Слободенюк В. С., Литунов С. Н. Обзор основных технологий 3D-печати в промышленности // Мин-во обр. и науки РФ ; ОмГТУ. С. 58-65.

3. 3D wiki [Электронный ресурс]. URL: http://3dwiki.ru/slm-pechat-vyborochnaya-lazernaya-plavka/ (дата обращения: 21.03.2016).

4. N3d новинки 3D-печати [Электронный ресурс]. URL: http://www.n3d.biz/3d-proizvodstvo/ nasa-testiruet-3d-pechatnyj-turbonasos-dlya-reaktivnogo-dvigatelya.html (дата обращения: 17.03.2016).

5. Торгашин А. С., Леонград А. Ю., Бегишев А. М. Применение технологий 3D-печати в ракетостроительной промышленности [Электронный ресурс] // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : в 2 т. Т. 1 / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. С:105-106.

© Высоцкий А. А., 2016