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俄罗斯联合发动机制造集团的增材制造技术发展
2018-02-01
[据俄罗斯《军事工业综合体》网站2017年12月14日报道]俄罗斯增材制造技术研究主要在航空发动机制造领域展开,具体来说是乌法发动机制造企业。当前增材制造技术是数字化生产发展方向之一,能够带来新的毛坯制备工艺,减少发动机数量和降低成本。
联合发动机制造集团是俄罗斯工业生产领域增材制造技术发展的主要企业。根据ODK《增材制造技术发展草案》乌法企业计划成立大尺寸钛合金毛坯件制造专业中心,服务于未来产品。为此,将应用选区激光熔融和直接激光沉积(包括利用多相粉末激光冶金)工艺。目前同俄罗斯科教部的国家合同框架下,与圣彼得堡国立海洋技术大学、莫斯科钢和合金研究院联合,我们完成了用于大尺寸钛和复合毛坯件混杂的冷喷涂工艺证明的全部工作。未来应用增材制造技术可以制造航空发动机零件毛坯重量的20%。如果20年前,采用激光技术生长零件简直就是天方夜谭。而现在已经成为现实。毫无疑问,要实现这样大的计划,需要高技能专家。目前我们已经在沃罗涅日的增材制造中心培训设计和操作人员。
在俄罗斯进行激光熔融和选区激光熔融的设备和工艺研制。圣彼得堡已经登记激光和焊接工艺研究院的设备,可以应用多相粉末激光冶金工艺。同国外同类直接激光沉积工艺相比,给出的方法在生长速度方面具有很强的竞争力。国有选区激光融化设备(SLM),具有国有软件保障。目前国家科学中心《TsNIITMASh》的同类生产装置正在进行ODK的任务框架下进行软件测试。作为技术的研制方,莫斯科钢和合金研究院采用了气冷喷涂技术,用于制备大尺寸的含钛毛坯。
在应用增材制造方面,航空发动机制造业分为两大方向:毛坯试验批次,用于发动机结构试验加工,以及生产批次,包括增材制造毛坯件的修理。增材制造技术在结构加工试验方面的应用可以极大的缩短研制周期,是产品推向市场。此外,增材制造技术能够使毛坯较少受到结构限制,设计师不需要在传统工艺下磨合,可直接合理应用。
目前在增材技术应用的限制(包括大尺寸产品,制造精度、强度、耐热性),在未来可以通过不同形式的增材制造克服。例如,对于外形毛坯件,通过直接激光沉积的方式,保障强度可以通过选区激光熔融方式,对于热强度,通过电子束融化等方面。
目前增材制造方面的主要努力集中在批生产调试方面,在价格和耐久性方面进行协调。增材制造技术可以用于航空发动机金属部件的毛坯制备,除单晶涡轮叶片。问题在于如何经济合理。因此谈及如何在较短的时间内从传统工艺转化到增材制造并不完全合理。不可能实现完全替代。但是在钛合金、钢和热强合金制备异型毛坯中应用增材技术可作为示范是很有前途的。增材技术替代铸造是可实现的主要领域,这可以制备工作和喷口叶片(钛铝化物,镍,钴)。虽然应用增材技术不排除机械加工,但是它极大的改变了需求,因为其极大的降低了余量(十分之一)。
掌握增材技术的工作在ODK的其他企业也在积极采用增材制造技术,雷宾斯克的土星企业发挥了增材制造中心的功能。专门研制分层综合方法制造的航空和地面燃气涡轮发动机部件:
除增材制造外,ODK的主要技术发展方向是:
•树脂基复合材料(优化发动机结构);
•高温材料——陶瓷金属基(这些材料的引入能够极大的影响发动机寿命);
•多电发动机,以及代替液压部件、气压传动结构的技术方案;
•超级计算机技术(能够进入新的分析设计水平,采用数值方法在燃气涡轮发动机全寿命阶段设计);
•无涡轮发动机。

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