Гибридная аддитивная штамповка лопаток. Как в «ОДК-Сатурн» объединили 3D-печать и штамповку
Штамповка лопаток с использованием новой технологии производства деталей аддитивным методом из синтезируемого титанового сплава, имеет высокие технологические и экономические показатели.
Новый метод гибридной аддитивной штамповки был опробован в процессе изготовления лопаток направляющего аппарата двигателя SaM146 из титанового сплава ВТ6. Технология разработанная в ПАО «ОДК-Сатурн» (ОДК Ростех) совмещает в себе сразу несколько разных функций – отсюда и термин «гибридная» в названии.
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.
Для изготовления сложнопрофильных деталей, таких как лопатки газотурбинных двигателей, из титановых сплавов широко применяется изотермическая штамповка. При штамповке лопаток требуется предварительное фасонирование — формообразование исходной заготовки из прута.
Специалисты рыбинского ОДК предложили идею формообразования фасонированных заготовок из титанового сплава с помощью новой аддитивной технологии – селективного электронно-лучевого сплавления металлопорошковой композиции с последующей штамповкой.
Теперь, эту новую технологию, названную «гибридной аддитивной штамповкой», можно использовать при изготовлении деталей, используя программу виртуального моделирования QForm 3D. С ее помощью получают высокоточную заготовку со стабильной геометрией, максимально приближенной к расчетной модели, с необходимым объемом, шероховатостью и структурой материала.
Струя металлического порошка подается на заготовку, а лазерный луч разогревает порошок для его сплавления и послойно создает детали. Перегретая вольфрамовая нить в электронно-лучевой пушке создает облако электронов, которое ускоряется примерно до половины скорости света. Магнитное поле фокусирует луч до нужного диаметра. Второе магнитное поле направляет пучок электронов в нужное место на печатной платформе.
Как только компонент или прототип напечатан, сборочная оболочка удаляется, а сборочная платформа и прикрепленный объект удаляются из сыпучего порошка.
Аддитивная технология электронно-лучевого сплавления имеет ряд преимуществ перед другими 3D-технологиями: процесс печати происходит в вакууме при высокой мощности излучения и высоких температурах рабочей зоны (до 1000°C). Это позволяет синтезировать детали с минимальными внутренними напряжениями, отсутствием пор, высоким качеством и стабильностью микроструктуры.
Технология имеет высокую производительность, минимальную стоимость и высокое качество используемой металлопорошковой композиции, получаемой по технологии центробежного распыления.
Внедрение технологии изготовления фасонированных заготовок методом селективного электронно-лучевого сплавления позволит существенно сократить сроки и стоимость получения первых годных деталей на стадии опытно-конструкторских работ.
Проведенные натурные испытания позволяют сделать вывод, что новая технология цифрового моделирования процесса штамповки, на 100% подтвердила качество будущих заготовок лопаток и показываете выгоду в сравнении с дорогостоящей штамповой оснастки полного цикла.
Кстати, печатают деталь из металлопорошка российского производства ВТ6, разработанного ПАО «ОДК-Сатурн», синтезированный материал в 2019 году прошел паспортизацию в ФГУП ВИАМ и внесен в перечень материалов, еоторые рекомендованы в авиадвигателестроении.
Разработанная в ПАО «ОДК-Сатурн» технология гибридной аддитивной штамповки признана одной из лучших научно-исследовательских работ по результатам конкурса АО «ОДК» «Шторм инноваций» — 2020.