ОДК-Сатурн внедряет бионический дизайн в аддитивное производство в двигателестроении

Рыбинское ПАО «ОДК-Сатурн» (входит в Объединенную двигателестроительную корпорацию Госкорпорации Ростех), активно применяющее аддитивные технологии (АТ) в процессах производства газотурбинных двигателей различного назначения, в настоящее время внедряет инновационные принципы проектирования с учетом новых технологических возможностей, предоставляемых интеллектуальной оптимизацией топологии деталей с учетом действующих нагрузок – так называемый бионический дизайн. Это обеспечивает требуемую прочность при существенном снижении массы.Работа по освоению аддитивных технологий (АТ) ведется на всех предприятиях Объединенной двигателестроительной корпорации. Холдинг планирует применять их при разработке и внедрении перспективных российских газотурбинных двигателей, которые будут сертифицированы в 2025- 2030 годах. Стоимость изготовления деталей с  применением АТ может быть значительно меньше, а время изготовления – в несколько раз быстрее, чем традиционным способом.

ОДК-Сатурн разработан и в 2017 г. внедрен единый цикл проектирования деталей под аддитивное производство, позволяющий сократить сроки разработки и внедрения в конструкторскую документацию (КД) новых конструкций деталей и узлов. Ключевую роль играет технология топологической оптимизации элементов ГТД с учетом использования аддитивных технологий. По результатам применения единого цикла проектирования получено: снижение массы деталей на 30-50%; необходимый уровень прочностных характеристик по статической и динамической прочности; сокращение количества поддерживающих структур (экономия материала) относительно исходных деталей в 2 раза.
«При реализации методов топологической оптимизации в большинстве случаев аддитивные технологии являются единственным технологическим решением для изготовления сложнопрофильных и уникальных топологически оптимизированных деталей, – говорит заместитель главного инженера опытного завода по аддитивным технологиям ПАО «ОДК-Сатурн» Денис Федосеев. – Это обусловлено тем, что для получения столь сложных конструкций традиционные методы изготовления, в частности, литье и механическая обработка, имеют долгосрочную и дорогостоящую технологическую подготовку производства, а также крайне высокую трудоемкость самого процесса изготовления. Аддитивные технологии в данном случае полностью исключают технологическую подготовку при изготовлении заготовок и минимизируют последующую механическую обработку».

Цель применения топологической оптимизацией – эффективное решение ключевых задач, стоящих перед аддитивным производством: обеспечения минимальной массы, технологичности и минимальной себестоимости. Сам цикл состоит из следующих этапов:
•    Определение исходной конструкции;
•    Процесс топологической оптимизации с учетом действующих нагрузок;
•    Выполнение конструкторской проработки и прочностные анализы;
•    Технологическая проработка;
•    Моделирование и виртуализация технологического процесса аддитивного производства;
•    Послойный синтез заготовки;
•    Контроль геометрии (включая томографию и бесконтактные средства измерения);
•    Инженерные испытания и выпуск конструкторской документации (далее КД);
•    Внедрение в серийную конструкцию.
«Необходимо отметить, что применение подобных методов для разработки перспективных образцов деталей ГТД возможно только при высокой степени «цифровизации» процесса проектирования и производства, что в полной мере реализовано на предприятии, – отмечает Денис Федосеев. – Используется замкнутый, безбумажный цикл проектирования, ключевым элементом которого является 3D модель (для проектирования, расчетов, изготовления и контроля геометрии).

В ОДК-Сатурн функционирует Центр аддитивных технологий. В нем представлены все перспективные и наиболее востребованные промышленностью направления АТ. Центр специализируется на изготовлении опытных деталей, моделей и узлов газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения методами послойного синтеза. Центр активно участвует в работах по разработке и получению отечественных металлопорошковых композиций. Основные технологические направления ОДК-Сатурн: селективное лазерное сплавление металлических материалов; селективное лазерное спекание полимерных материалов; электронно-лучевое сплавление металлических материалов; прямое нанесение металлов.

В настоящее время в ОДК-Сатурн детали, изготовленные по АТ-технологиям, применяются, в частности, в механизмах поворота лопаток, элементах камер сгорания, элементах механизации, перепуска и направляющих аппаратов ГТД. Процентное соотношение в конструкциях ГТД деталей, изготовленных методами АТ, увеличивается. В 2016 г. более 600 деталей газотурбинных двигателей изготовлены аддитивными технологиями из кобальтового, титанового сплавов, нержавеющей стали.

В декабре 2017 г. проект ОДК-Сатурн в области аддитивных технологий стал лучшим в номинации «Технологическая инновация года» в категории «Инжиниринг и проектирование» Седьмой ежегодной премии «Время инноваций-2017», вручаемой за лучшие практики по внедрению, разработке и развитию инноваций в разных сферах.