Авиадвигатели будут чинить без сварки

Самолетостроение находится на пороге 3D-революции 13 Июль 2018, 09:52
Самую дорогую часть самолета — авиационный двигатель — теперь можно будет чинить, не прибегая к замене частей. Достаточно лишь исправить поврежденные сегменты с помощью так называемых аддитивных, или 3D-технологий. Новый способ описан в статье ученых НИТУ «МИСиС», которую они подготовили совместно с коллегами из Лионского университета. Эта работа сулит революцию в авиастроении. Единственным способом починки авиадвигателя до сих пор считалась замена поврежденных или изношенных деталей и узлов на такие же новые. Теперь же авиаотрасль сможет не только сэкономить гигантские деньги, не потеряв в качестве ремонта, но и значительно снизить стоимость первоначального производства двигателей, полагают эксперты.
Для ремонта авиадвигателей ученые предложили воспользоваться методом под названием «холодное газодинамическое напыление» (ХГН), изобретенным еще в Советском Союзе, в новосибирском Академгородке, примерно три десятка лет назад. До сих пор этот метод использовали только для нанесения на готовые детали каких-либо специальных покрытий. Но стремительный прогресс последних лет в области аддитивных технологий и 3D-печати («выращивания» любых объектов из любых материалов по трехмерным компьютерным моделям) сделал возможным, а самое главное, экономически эффективным, применение ХГН для ремонта дорогостоящих авиадвигателей.

— Прелесть технологии в том, что восстановление конфигурации изделия происходит без термического воздействия, — рассказал «Известиям» руководитель российско-французской разработки директор института ЭкоТех «МИСиС» Андрей Травянов. — Ведь если пользоваться газовой или лазерной сваркой, то в точке вмешательства возникает сильное термическое напряжение, и деталь сразу «уводит», она теряет свои прочностные и прочие механические характеристики.

Применение ХГН позволяет обойтись без нагрева металла до температуры плавления: металлическое покрытие образуется в результате соударения частиц металлического порошка, ускоренных сверхзвуковым газовым потоком, с поверхностью детали. Если управлять этим процессом с помощью программно-аппаратных средств 3D-моделирования (аддитивных технологий), то можно «вырастить» изношенную или поврежденную деталь до ее первоначального состояния. 
Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с французскими коллегами сумели создать такие сочетания металлических порошков и режимов применения ХГН, что сложные детали и узлы авиадвигателя можно ремонтировать, даже не разбирая конструкцию.

Заместитель начальника управления технического развития и перевооружения по инновациям и ключевым технологиям Уфимского моторостроительного производственного объединения Объединенной двигателестроительной корпорации госкорпорации «Ростех» Павел Аликин считает, что разработанные учеными НИТУ «МИСиС» аддитивные технологии могут быть применены не только для ремонта авиадвигателей, но и для их производства.

— Сейчас перед нами стоит, например, задача создания «тяжелого» авиадвигателя ПД-35, — рассказал «Известиям» Павел Аликин. — Там необходимо производить корпус диаметром 2 м из жаропрочных сплавов и ряд крупногабаритных титановых деталей с толщиной стенки 3 мм. Традиционными методами литья это сделать крайне трудно, почти невозможно.
Зато аддитивные технологии прекрасно справляются с подобными задачами. По словам Павла Аликина, эксперты испытали образцы деталей из титановых сплавов, сделанные в МИСиС 3D-методом, и нашли их гораздо более прочными, чем те же детали, произведенные привычным литьем. При этом результат получается в разы дешевле.

Превратить научную разработку в действующее производственное оборудование удастся, вероятно, через два-три года, считает эксперт по аддитивным технологиям, президент Ассоциации 3D-образования Роман Бондаренко. По его оценке, распечатка на 3D-принтере всего самолета целиком станет возможной примерно через 10–15 лет.

Результаты совместной работы российских и французских ученых опубликованы в международном научном издании International Journal of Advanced Manufacturing Technology.