Топливная авиационная форсунка, изготовленная аддитивным методом
Аддитивные технологии производства деталей самолётов позволяют добиться существенного уменьшения их веса и упрощения производства при сохранении прочих характеристик. В некоторых случаях вес детали может уменьшиться до 25%. Об этом в ежегодном отчёте о развитии производственных технологий рассказал Терри Уолерс [Terry Wohlers], президент консалтинговой фирмы и специалист по новым технологиям в производстве.
Судя по отчёту, технологии трёхмерной печати вступили в фазу массового производства. Растёт количество продаваемых принтеров для печати металлических деталей, а годами разрабатывавшиеся технологии наконец получают реальное воплощение.
В 2015 году производители приобрели 808 автоматов для послойной печати металлических изделий – сравните это с 550-ю машинами в 2014 году и 353-мя в 2013. Оценивая этот рост, необходимо принять во внимание, что стоимость этих агрегатов составляет от сотен тысяч до нескольких миллионов долларов.
Одними из первых, кто начал внедрять 3D-печать в повседневный обиход, стали компании, изготавливающие протезы и зубные имплантаты, но авиационная промышленность обещает стать гораздо более крупным бизнесом.
General Electric уже производит некоторые компоненты, готовые для коммерческого использования. Это топливные форсунки, корпуса температурных датчиков, некоторые части турбовинтовых двигателей. Компания Airbus тестирует производство частей двигателей. НАСА испытывает ракетные двигатели, части которых изготовлены аддитивным методом.
Корпус для температурных датчиков
Обычно технологии 3D-печати металлических изделий подразумевают использование высоких температур, достигаемых, например, при помощи нагрева лазерными или электронными лучами, спекающими металлический порошок в твёрдые структуры. Технология удобна в производстве деталей сложной конструкции, а также в производстве небольших партий.
Возможности печати позволяют изготавливать детали такой формы, которую было бы трудно или невозможно сделать традиционными методами. Например, напечатанная на мощностях General Electric форсунка традиционно делалась из 18 отдельных частей, которые нужно было соединять вместе при помощи сварки. Сейчас это цельная деталь, к тому же весящая на 25% легче классической. В новом двигателе, разрабатываемом в недрах GE, таких форсунок должно быть 19.
Комментарии (58)
Andy_Big
20.04.2016 16:19вес детали может уменьшиться до 25%
Это подразумевает уменьшение веса на 75%, так и есть? :)
ProstoUser
20.04.2016 18:45+2Там же есть ссылка на оригинал
The new version is just a single part, and it is 25 percent lighter, which will help increase fuel efficiency
То есть «новая версия… на 25% легче...».Andy_Big
20.04.2016 19:07Но я то читаю новость здесь на русском, а не там на английском.
dimas6000
21.04.2016 15:15Просто неоднозначность трактовки смысла этого выражения в русском языке.
«вес детали может уменьшиться до 25%», можно прочитать как «вес детали может уменьшиться со 100% до 25%», но в контексте имеется ввиду «вес детали может уменьшится на промежуток от 0 до 25%», но так обычно не пишут, вот и получается такое двусмысленное выражение.Andy_Big
21.04.2016 15:23Правильнее было бы как написали ниже — «уменьшение веса может достигать 25%» :)
Demonos
20.04.2016 17:23Жаль нельзя сравнить фотографию напечатанной форсунки с обычной.
theWRM
20.04.2016 19:09+1Думаю как то так
Содержимое
22sobaki
20.04.2016 18:30Все-таки не очень понятно, за счёт чего деталь стала на четверть легче.
Andy_Big
20.04.2016 19:12+2Возможно, за счет того, что в обычной детали места для сварных швов делаются утолщенными, а тут этого не требуется. Может быть так же в обычной детали остается «мясо», которое технологически не получается убрать при обработке.
Hellsy22
20.04.2016 20:53+4Думаю, что за счет замены внутренних монолитных участков на структуры с хитрым заполнением, позволяющие практически без уменьшения прочности детали сократить ее вес.
PupkinVasia
20.04.2016 21:22+1При печати можно не учитывать некоторые технологические аспекты производственного процесса. Например, грубо говоря, иногда сложно просто подойти фрезой куда надо. Еще добавляют в весе и используют материал крепления деталей одна к другой, необходимость которых можно исключить вместе с самой сборкой детали из других деталей.
Avadd
20.04.2016 18:44-3То есть такую же деталь из такого же материала сделать на заводе обычным путем уже не камильфо?
r00tGER
21.04.2016 10:32Обычный пусть не позволяет делать такие же детали.
Не в понтах дело, а в ограничениях и издержках, которые накладывают классические методы.
ShamAnton
21.04.2016 15:13Не получается обычным путём такая форма и тем более внутренние пустоты проработать…
Kot_dnz
20.04.2016 18:45Деталь, показанная на фото, как минимум частично получена путем литья под давлением.
Литую поверхность легко отличить от спекаемой.
Общая основа технологии — на полученную обычным основу наносится спекаемый материал для получения крайне сложной закрытой геометрии.vabank_knabav
20.04.2016 22:52конкретно эта деталюха полностью выращена, просто часть только пескоструили, а часть обрабатывали под посадку
AntonSor
20.04.2016 19:02Мне еще одна вещь непонятна. Форсунки и другие детали в двигателе делают из специальных жаропрочных сталей со специальным составом, разными там легирующими добавками. А при спекании состав разве не изменяется? Добавки разве не выгорают? Как с этим борются?
Andy_Big
20.04.2016 19:10Ну когда варят сталь не выгорают же :) А спекание производят. по-моему, в бескислородной среде. Получается сразу на месте варка сплава и его формовка.
AntonSor
20.04.2016 19:30Вот именно что выгорают. Свойства шва отличаются от свойств остального металла.
LeoPlus
20.04.2016 23:28+1Что конкретно может «выгореть»? Алюминий? Магний? Кремний? Особенно в бескислородной среде? Свойства шва отличаются от остального металла, если электрод был другого химсостава или за счёт резных термических/механических условий изготовления шва и основного металла. В данном случае вся деталь изготовлена в одних условиях.
Andy_Big
21.04.2016 00:10Выше уже ответили. Плюс температурный режим при дуговой сварке невозможно обеспечить в отличии от точно дозированного нагрева лазером.
Kot_dnz
20.04.2016 19:20еще году в 2006-2008 на Евромолде во Франкфурте производители декларировали, что могут наносить материал заданой твердости.
Аналогичная ситуация в лазерной наплавке в среде чистого аргона — все дело в припоях.
vabank_knabav
20.04.2016 22:53для этого химия порошка несколько отличается от химии готовой детали и ее (химию порошка) подбирают с учётом "выгорания" в основном это касается алюминия в сплаве
n_demitsuri
21.04.2016 13:24Аналогично меня интересует, почему все так радуются 3Д-принтерам, как будто самое главное — это получить форму детали.
Сейчас большинство деталей изготавливают по грубой схеме: литье — обработка давлением — термообработка, и это не потому что не могут отлить сразу нужную форму, а потому что необходимо, кроме формы, получить нужные свойства, которые как раз и достигают через сочетание воздействия температуры и деформации. Интересно было бы узнать, где на деле используют такие распечатанные детали, потому что сомневаюсь, что там крутые механические свойства, которые позволили бы их использовать в ответственных узлах.
Vjatcheslav3345
20.04.2016 19:47Тогда вообще почему их проектируют столь сложной формы — сделали бы попроще и надобность в новой технологии отпала бы.
А вообще, металлопечать можно использовать для мелкосерийного производства и восстановления изношенных деталей. Думаю, если удешевить принтер, его с удовольствием купит СТО или колхоз — для ремонта техники.postgree
20.04.2016 20:49Колхоз сейчас редко токаря хорошего себе может позволить. А про оператора этой шайтан машины или вложения в принтер и говорить не приходится.
Garbus
20.04.2016 21:07Тут все сильно зависит от конструкции детали. Простую шестеренку, или какой вал, наверняка быстрее и дешевле делать на простом ЧПУ, а хитрый рычажок наоборот.
Ну и вопрос по цене расходников и ресурса аппарата, не забывая о том что деталь по сути целиком сплавляется лазером, что (при его КПД) наверняка вытекает в приличные затраты электроэнергии.vabank_knabav
20.04.2016 22:55затраты на электроэнергию у лазерных установок — как у чайник. у неё в пике 8.5 кВт потребляемых, а при нормальной работе, кажется 3.5
Garbus
21.04.2016 03:44Тут скорее не в пике дело, а в том что даже небольшая деталь печатается долго. А если еще и порошок неплохо отражающий попался, вообще печаль. Конечно стараются подобрать тот что удобнее принтеру. Но иногда нужна деталь и из чего то эдакого, вроде нержавейки для обычных способов обработки.
vabank_knabav
20.04.2016 22:58конкретно послойный синтез (то чем изготавливали форсунку) очень сложно использовать для восстановительных работ, пока что я знаю только один пример и то детали для восстановления приходится предварительно подготавливать. для восстановления — отличный вариант наплавка.
LeoPlus
20.04.2016 23:35Сложная форма даёт конструктивные преимущества. Особенно в авиации, где борьба за вес и габариты не на жизнь а на смерть. Если делать все углы прямыми, все грани ровными, а стенки равной толщины, то получите не современный авиалайнер, а дорожный каток
MichaelBorisov
20.04.2016 21:05Мне кажется, больше перспектив не только и не столько в 3д-печати, а в детальном физическом моделировании деталей. Современные пакеты для прочностных расчетов по 3д-модели и заданному воздействию могут рассчитать механические напряжения во всех точках детали. Вручную такой расчет невозможен из-за огромного объема вычислений. По результатам расчета инженер может оптимизировать деталь — например, менять ее форму, и смотреть, что получится после следующей симуляции.
LeoPlus
20.04.2016 23:40Без 3D печати внутренние замкнутые полости, к примеру, никак не сделать. А это не только экономия веса, для турбинных лопаток это внутреннее охлаждение, которое для них суперкритично.
vabank_knabav
21.04.2016 00:52+1замкнутые полости не сделать и послойным синтезом, а чистые полости, без порошка внутри, наверное, ни одной современной технологией.
у лопаток же есть выходной канал.
- update сделать то можно, но зачем вам замкнутая полость набитая порошком?
MichaelBorisov
21.04.2016 01:18Я думаю, что можно и без порошка. Сделать «крышу» полости пологой, закрывать ее постепенно, а когда она уже почти закрылась — высосать порошок каким-нибудь пылесосом. Потом можно закрыть полость маленькой бумажкой, едва прикрывающей дырку, насыпать сверху порошок — и далее «печатать» как обычно.
MichaelBorisov
21.04.2016 01:14+1для турбинных лопаток это внутреннее охлаждение
Внутреннее охлаждение?
Теплу внутри лопаток деваться некуда. Его нужно транспортировать куда-нибудь к холодильнику. Допустим, холодильник подключен у оси турбины. Но если внутри полостей — воздух, то он имеет очень плохую теплопроводность. Значительно худшую, чем если бы внутри лопаток был металл.
Если полости заполнены каким-нибудь фреоном — то возможны варианты, но для этого надо проводить 3д-печать в атмосфере соответствующего хладагента, возможно, при повышенном давлении.
Еще один вариант — охлаждение лопаток теплоносителем изнутри. Для этого необходимы полости, хотя и не закрытые. Ведь теплоноситель должен как-то входить в лопатку и выходить из нее.
Vjatcheslav3345
20.04.2016 21:56Это давно так делают. А пример с колхозом приведен, потому что работу там сделает машина а человеку нужно будет только старые детальки закладывать а восстановленные извлекать — это вполне имеет смысл для ремонта иностранной техники — она дорогая, запчасти дорогие — но техника всё равно покупается, так как лучше отечественной.
Vjatcheslav3345
20.04.2016 22:03-1Кстати, при восстановлении деталей, восстанавливается истертый слой в доли миллиметра или миллиметр, так что по расходникам и электроэнергии как будто все не столь плохо — совсем много их не потребуется. Тут главное — стоимость принтера и качественная его работа в руках неспециалистов — чтобы он работал как принтер в колхозной бухгалтерии, — в руках несведущей в копировальной технике бабульки.
Vjatcheslav3345
20.04.2016 22:11А ещё за ним займут очередь и другие — например, дорожники и строители, для ремонта своей техники, технологи машиностроительных и иных производств — для ремонта станочного парка, нефтепереработчики и буровики (бурхимтрубы восстанавливать).
vabank_knabav
20.04.2016 22:50ух,
Аддитивные технологии производства деталей самолётов позволяют добиться существенного уменьшения их веса и упрощения производства при сохранении прочих характеристик
аддитивные технологии сами по себе не позволяют добиваться уменьшения веса или чего либо подобного. А вот возможности которые дают эти технологии позволяют изменять геометрию так что совокупность даёт уменьшение веса или улучшение свойств или много чего ещё. НО возникает куча различных подводных камней, о которых мало кто говорит.
Да и о чём эта статья то? Какой-то непонятный аналитик на своём собственном сайте выложил отчёт о с информацией двухгодичной давности?
Hellsy22
20.04.2016 22:59Если я правильно понял, то эта статья о том, что 3D-печать перестает быть лишь средством быстрого прототипирования и экспериментального мелкосерийного производства. Она успешно конкурирует с более старыми и обкатанными технологиями производства, дополняя или вовсе замещая их. Мне интересно читать про такое. Возможно вы разбираетесь в теме более детально — так расскажите об этом в своей статье.
vabank_knabav
20.04.2016 23:03давайте я вам лично расскажу, если вас интересует.
да, для меня это уже не новость, к сожалению, я только со своей колокольни рассудил.
просто сама по себе технология- ничто. если делать старую конструкцию, то на выходе получится только более дорогая деталь.
Andy_Big
21.04.2016 00:14аддитивные технологии сами по себе не позволяют добиваться уменьшения веса или чего либо подобного
А какими более старыми технологиями можно изготовить бесшовную деталь с внутренними полостями заданной формы?vabank_knabav
21.04.2016 00:57я выше уже написал.
послойным синтезом её тоже не получить, у вас будет внутри эта полость набита порошком. Да, можно сделать сферу, но это как с трамваем из хлеба.
Поймите, аддитив это хороший инструмент, но без переработки геометрии деталей — забивание гвоздей микроскопомAndy_Big
21.04.2016 09:01Ну, не набита, положим, порошка там будет совсем немного при соответствующем способе печати :)
n00ze
21.04.2016 11:48А в чем проблема переработать изделие? Вот ну всегда, когда начинаем что либо разрабатывать — идет общая концепция детали, а потом её уже перерабатываем под возможности производства. Если производство будет располагать таким порошковым лазерным 3д принтером, то чертежи только упростятся. Проблемы ВСЕХ инженеров конструкторов в возможностях производства. Когда ты ограничен допусками которые может выдержать дядя Вася на своем станке времен ссср.
bobermai
21.04.2016 12:05Проблема переработки изделия — в том, что в случае, когда конструктор ограничен станочным парком 50-летней давности и трясущимися руками слесаря, поскольку другого нет — он, конечно, может с интересом почитать про новые технологии. Но на этом его общение с ними и закончится.
n00ze
21.04.2016 12:21А может вообще не читать и считать *станочный парк 50 летней давности* верхом тех прогресса? Я если честно, не очень понял логику вашего замечания. Была бы технология, а чертежи сделаем и летать будет.
ermaksibir
21.04.2016 15:12Интересно а что насчет энергозатрат? насколько выгодна 3D печать относительно классических отлил, отрезал, и на станок
n00ze
21.04.2016 16:03выгодна при очень сложной мелкосерийной детали (выгода времени и стоимости). если ширпотреб то выгодно по старинке)
vabank_knabav
21.04.2016 17:04тут основное сложность детали, так как если надо сделать сложную загагулину, то иначе вы ее просто не сможете получить, так что либо деталь либо ничего
MrJSmith
21.04.2016 15:16Приветствую всех.
Работая на крупного мирового производителя гражданской авиационной техники (не силовых установок, не оборонного сегмента) могу заметить, что 3-д печать металлических компонентов не вышла из стадии R&D.
Серийных (!) напечатанных конструкционных деталей в сегменте гражданского авиастроения не существует. Малая авиация не в счёт.
bobermai
«В некоторых случаях вес может уменьшиться до 25%», или на 25%?
AntonioKharchenko
Ниже есть пояснение.
> Сейчас это цельная деталь, к тому же весящая на 25% легче классической