Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0200

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0200
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина"
Название доклада
Разработка технологии производства керамических узлов и деталей методом селективного лазерного сплавления с использованием инновационных методов диагностики процессов и полученных изделий
Докладчик
Меркушев Алексей Геннадьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Получение значимых научных результатов, позволяющих переходить к созданию новых передовых технологий изготовления керамических узлов и деталей методом селективного сплавления ДЛЯ гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА)
Актуальность и новизна исследования
Объектом ПНИЭР является технология производства керамических узлов и деталей методом селективного лазерного сплавления с использованием инновационных методов диагностики процессов и полученных изделий. Данная технология относится к новым процессам послойного объединения материалов с целью создания объекта. В России еще не приняты стандарты и терминология, но, если опираться на зарубежный опыт стандартов (ASTM F2792-12a), метод селективного сплавления можно отнести к аддитивным технологиям (АТ). Главная идея метода аддитивных технологий – постепенное добавление материала (обычно слоями) до получения заданной объемной геометрии. Также, согласно классификации ASTM F2792-12a объектом исследования предстоящего проекта будет создание технологии «Powder bed fusion» - расплавление материала в заранее сформированном слое.
Описание исследования

Повышение требований к дальности полета и интенсивности маневрирования гиперзвуковых летательных аппаратов на данный момент тормозится комплексом зависимых причин: масса, термическая стойкость и механическая прочность конструкционных материалов при повышенных температурах. Существующие, к настоящему моменту, технологии горячего прессования и традиционного последовательного формования с последующим спеканием керамических материалов, не смогут обеспечить требуемые характеристики конструкционных деталей для ГЛА. Особенно, это касается керамических пустотелых деталей сотовой структуры. Технология производства керамических узлов и деталей методом селективного сплавления, который относится к аддитивным технологиям, позволит машиностроительной отрасли решить комплекс материаловедческих проблем и создавать программируемые конструкционные материалы сотовой структуры.

Поэтому формирование изделий на базе керамических материалов развивается в направлении использования аддитивных технологий.

Следует отметить, что анализ современных тенденций развития соответствующего направления науки и техники показывает бурно развивающийся сегмент аддитивных технологий, к которому относится технология производства керамических узлов и деталей методом селективного сплавления. Широкое распространение цифровых технологий в области проектирования, моделирования и механообработки стимулировало взрывной характер развития аддитивных технологий. Так по данным агентства Wohlers Report в 2015 году объем рынка аддитивных технологий в части услуг и изделий достиг 5,2 млрд долларов. При этом рост по сравнению с предыдущим годом составил более 30 %. Прогноз роста объема аддитивного производства в мире с 2016 к 2021 году должен вырасти минимум в 2 раза с 5,1 до 10,8 млрд. долл.[http://expert.ru/ural/2014/07/napechataj-mne-3d-barashka/media/224278/]

Значимость решаемой задачи с использованием  аддитивных технологий с точки зрения преодоления технических, технологических, ресурсных, экологических ограничений на соответствующих направлениях развития страны формируется набором преимуществ аддитивных технологий перед традиционными технологиями механической обработки заготовок. Так, например:

- значительная экономия средств при запуске производства. Данные, необходимые для запуска производства, могут храниться в цифровом виде, и воспроизводиться без материальных затрат;

- возможность внести поправки на любом этапе простой корректировкой CAD – файла;

- кастомизация производственной линии: аддитивные технологии позволяют производить партии, в которых каждый предмет (деталь) может отличаться от предыдущего;

- эффективность аддитивных технологий – это повышение коэффициента использования материала с 0,05 практически до единицы, повышение производительности до 30 раз, снижение веса конструкции и снижение стоимости детали в полтора-два раза за счет оптимизации технологического цикла.

 

В этих условиях инертность технологического развития грозит Российской Федерацией потерей технологического суверенитета по крайней мере в области аддитивных технологий. На сегодняшний день ситуация с внедрением аддитивных технологий в промышленность Российской Федерации остается крайне неблагополучной, практически отсутствует крупное серийное производство материалов для аддитивных технологий, отсутствует нормативная документация. Россия практически не участвует в международных организациях, оказывающих значительное влияние на развитие аддитивных технологий, занимает мизерную долю мирового рынка аддитивных технологий. Происходит опасное отставание в стратегически необходимой для промышленности страны инновационной сфере. В то же время аддитивное производство способно создать для Российской Федерации возможности технологического рывка и опережающего экономического роста, сгенерированного переходом к производству способами шестого технологического уклада, в том числе аддитивного производства. Необходимым для этого условием является своевременное создание новой материально-технологической базы для нового технологического уклада.

Таким образом, предлагаемый проект полностью соответствует современным тенденциям развития области аддитивных технологий и развития аэрокосмической отрасли и способствует решению как вопросов импортозамещения на внутреннем рынке, так и обладает экспортным потенциалом.

Результаты исследования

В рамках проекта будут разработаны новые материалы микро- и наноструктурированного типа, обеспечивающие создание изделий методами аддитивных технологий для работы в экстремальных условиях. Такие материалы будут применяться в новых высокотехнологичных направлениях промышленности и обеспечат существенное (более чем на 30 %) повышение термостойкости изделий.

Помимо этого в рамках проекта будут разработаны технологии производства керамических узлов и деталей ГЛА методом селективного лазерного сплавления и методы диагностики процессов и полученных изделий. Так же, будут определены оптимальные режимы сплавления керамических материалов в зависимости от гранулометрического состава.

В результате ПНИЭР будет создана аддитивная технология, обеспечивающая производство керамических узлов и деталей ГЛА нового типа методом СЛС из модифицированных керамических порошковых материалов с использованием инновационных методов диагностики, что приведет к увеличению не менее, чем на 30 % термическую стойкость цельнокерамических деталей, и сокращению издержки производства узлов и деталей ГЛА не менее, чем на 25 %, сокращению времени изготовления узлов и деталей ГЛА не менее, чем в 2 раза.

В ходе выполнения проекта будут также:

- разработаны новые материалы микро- и наноструктурированного типа – порошковые керамические материалы и их модификации, обеспечивающие создание изделий методом СЛС для последующей их работы в экстремальных условиях;

 - опытно-промышленная технология изготовления модифицированных порошковых керамических материалов;

- отчет о патентных исследованиях по технологии получения методом селективного лазерного сплавления (СЛС) керамических деталей;

- инновационный бесконтактный метод контроля параметров построения изделия, использующийся в разрабатываемой технологии производства методом селективного лазерного сплавления;

- эскизная конструкторская документация на заготовку «пластина»;

- заготовки «пластина», полученные в ходе отработки технологии производства изделий методом СЛС на аддитивной установке/ модернизированной аддитивной установке/ модернизированной аддитивной установке с дополнительным модулем контроля параметров изготовления деталей (далее – ДМКП);

- программы и методики испытаний заготовок «пластина», пробной партии заготовок «пластина», партий заготовок «пластина» для проверки вариативности и экспериментальной партии деталей-представителей, изготовленных на аддитивной установке/ модернизированной аддитивной установке/ модернизированной аддитивной установке с ДМКП;

- эскизная конструкторская документация на модернизированную аддитивную установку/ модернизированную аддитивную установку с ДМКП;

- эскизная документация на экспериментальные образцы детали-представители узлов и деталей ГЛА;

- изготовлены экспериментальные образцы деталей-представителей ГЛА методом СЛС из модифицированных порошковых керамических материалов на модернизированной аддитивной установке с ДМКП;

Практическая значимость исследования
Результаты работы, и, в первую очередь, технология, обеспечивающая производство керамических узлов и деталей ГЛА методом СЛС из модифицированных порошковых керамических материалов, будут системно способствовать развитию отечественных аддитивных технологий, что, в свою очередь, существенно расширит диапазон выпускаемой российскими предприятиями ассортимента образцов гражданской техники.
Результаты работы, полученные в ходе ПНИЭР, в части разработанных модифицированных порошковых керамических материалов могут быть также использованы при создании технологии изготовления изделий электротехнического назначения, а также виден большой потенциал применения и в металлургии.
Возможными потребителями научного результата являются предприятия, непосредственно связанные с ракетостроением – это, прежде всего, предприятия АО «Концерн ВКО «Алмаз-Антей»: ОАО «Казанское ОКБ «Союз», АО «ОКБ «Новатор» и др. Также потребителями могут быть предприятия, занимающиеся выпуском авиадвигателей: ОАО «Казанское моторостроительное производственное объединение», Пермский двигателестроительный комплекс, ОАО «Композит» и др.
Постер

Poster_UrFU.ppt