Аддитивные технологии в автоматизированном производстве авиационной техники

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аддитивные технологии в автоматизированном производстве авиационной техники

Езерская Е.М.

В настоящее время Россия все более активно включается в процесс внедрения аддитивных технологий (АД) в разные области промышленности. Радует то, что наибольшую заинтересованность в использовании аддитивных процессов с момента их появления проявляет такая наукоемкая и высокотехнологичная область, как авиационно-космическая отрасль, во многом обеспечивающая технологическую независимость и безопасность страны. аддитивное производство фюзеляж консоль

К настоящему времени в России АД в основном используются для изготовления моделей, прототипов, отдельных элементов деталей и отдельных запасных частей. По прогнозам, к 2025 году рынок достигнет 25 млрд долларов, и доля России в нем 2%, рисунок 1.

Рисунок 1 - Использование оборудования для аддитивных технологий в мировым технологическим сообществом

Использование аддитивных технологий (АД) в мире также активно растет, что связано с их новыми возможностями для производства, а также быстрым совершенствованием и удешевлением, рисунок 2.

Доступность аддитивных технологий дает возможность наладить производство необходимых деталей на собственных площадках, исключив посредников, поставщиков, риски доставки, сократив себестоимость производства.

Аддитивная технология позволяет получать очень сложные профили фактически без потерь материала, сразу выращивая изделие с такими полостями, которые металлорежущий инструмент просто не может обеспечить.

Рисунок 2 - Прогноз роста мировых объемов продаж и услуг аддитивного производства

Отрасль авиастроения - отрасль промышленности, в которой осуществляются разработка, производство, испытания, ремонт и утилизация авиационной техники. По объёму выпускаемой продукции военного самолётостроения Россия находится на 2-м месте в мире, вертолётостроения - на 3-м месте в мире (6% мирового рынка вертолётов). Авиастроение развито в крупных промышленных центрах. Производство крупных пассажирских самолётов освоено всего несколькими государствами. Самые крупные из них - аэробусы - выпускают компании «Airbus» (ЕС) и «Boeing» (США). Самолёты, рассчитанные на меньшее количество пассажиров, производятся в странах ЕС (компании «ATR» и «Saab AB»), в Канаде («Bombardier»), в Бразилии («Embraer»), в Иране (HESA), Российской Федерации и на Украине - на Харьковском авиазаводе и «Антонове». Таким образом, машиностроение и его отрасль авиастроение относятся к наукоемким, энергозатратным, материалоемким и трудозатратным отраслям. [1].

Для этих отраслей остро стоят проблемы сокращения затрат при одновременном повышении эффективности производства, снижении производственных рисков и повышении качества изделий.

В связи с этим D-печать применяется в авиационной промышленности не первый год. Такие авиапроизводители, как, например, Airbus, применяют технологию для изготовления различных компонентов самолетов; количество деталей, которые компания печатает на 3D-принтерах, исчисляется тысячами. В начале этого года был изготовлен первый сертифицированный Федеральным управлением гражданской авиации США конструктивный элемент воздушного судна из титана.

Это событие ознаменовало признание 3D-печати в качестве одной из ключевых производственных технологий в авиастроении. Что касается интерьера салона, то недавно в регионе Ближний Восток и Северная Африка (MNA) для Etihad Airways, второй по величине авиакомпании Объединенных Арабских Эмиратов, была разработана первая сертифицированная деталь интерьера, изготавливаемая по технологии 3D-печати.

Крупнейшая авиакомпания ОАЭ Emirates не собирается отставать в области аддитивного производства от своего конкурента. В середине ноября 2017 года Emirates объявила, что намерена использовать 3D-принтеры для производства деталей салона самолета, включая кожухи системы видеонаблюдения и решетки вентиляционных отверстий. Последние уже сертифицированы и установлены для проведения бортовых испытаний на самолетах авиакомпании, рисунок 3.

Emirates совместно с 3D Systems готовится к производству кожухов системы видеонаблюдения с использованием технологии селективного лазерного спекания (SLS) и нового материала DuraForm ProX FR1200 Nylon от 3D Systems, который соответствует нормам огнестойкости, принятым в аэрокосмической промышленности для деталей салона, а также стандартам густоты и токсичности дыма AITM. По данным 3D Systems, изделия из этого материала обладают отличным качеством поверхности и удобны в постобработке. На авиашоу в Дубае 3D Systems продемонстрировала материал, а также другие решения для 3D-печати.

Рисунок 3 - Авиакомпания Emirates применяет 3D-печать для производства кожухов системы видеонаблюдения и решеток вентиляционных отверстий

Emirates совместно с европейской компанией UUDS разработала и изготовила на 3D-принтере решетки вентиляционных отверстий, которые также были созданы с использованием селективного лазерного спекания. Среди причин, по которым было решено применить технологию 3D-печати, авиакомпания указывает на прочность и более низкий вес деталей, напечатанных на 3D-принтере. Изготовленный таким способом кожух видеомонитора на 9-13% легче аналога, произведенного по традиционной технологии, что может способствовать значительному сокращению расхода топлива и затрат авиакомпании Emirates. Кроме того, 3D-печать позволяет производить детали по мере необходимости, устраняя необходимость в поддержании большого фонда запасных частей или длительном ожидании их поставки [2].

На ряду с зарубежными компаниями активно участвующих в различных исследованиях и реализации продукции при помощи аддитивных технологий, российские научные коллективы кафедры общей физики физико-технического института Томского политехнического университета работают над созданием водородостойких изделий из титановых сплавов. Их проект «Разработка научных основ создания водородостойких изделий из титановых сплавов Ti-6Al-4V, Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si с градиентной структурой приповерхностного слоя, изготовленных методом аддитивных технологий» получил грант Российского научного фонда сроком на три года. Работа заключается в поиске и отработке оптимальных технологий 3D-печати изделий из титановых сплавов ВТ6 и ВТ9 с заданными свойствами. Аддитивные технологии в производстве металлических изделий обеспечивают меньший расход материала и возможность получения изделий сложной геометрической формы. Изделия из титана широко применяются в авиастроении благодаря его прочности: в конструкции современного гражданского самолета - 15-20 % титановых деталей. Однако сейчас для производства этих деталей используется традиционное литейное производство. В рамках гранта РНФ физики ТПУ намерены показать возможности, а главное - преимущества производства титановых деталей с использованием передовых аддитивных технологий. В России это достаточно новая технология.

Ученые политехнического института Южно-Уральского государственного университета напечатали на 3D- принтере детали нового бесколлекторного авиадвигателя для авиатехники, где магнит состоит из редкоземельных элементов, а обмотка представляет систему токопроволящих катушек. При поступлении тока в такой мотор возникает движущееся магнитное поле, которое и заставляет крутиться ротор [3].

Российская инжиниринговая компания ООО «НИК» и FIT Additive Manufacturing Group - технологическая инновационная фирма из Германии - объявили о создании совместного предприятия FITNIK Ltd, которое займется разработкой и производством изделий с помощью аддитивных технологий, как для авиационной, так и для других отраслей промышленности. Речь идет об производственном процессе «от проектирования, согласно техническим требованиям клиента, к промышленной реализации, сертификации и пост-производственной поддержке» (пример продукции нового предприятия на рисунках 4 и 5) [4].

Согласно прогнозу консалтинговой компании Gartner, к 2021 году самолеты будут на 75% собраны из элементов, которые напечатаны на 3D-принтере. Ее аналитики утверждают, что именно авиастроение - наиболее перспективная отрасль, где внедряются аддитивные технологии. Уже сейчас они применяются для печати прототипов и некоторых видов деталей.

Рисунок 4 - Фрагмент фюзеляжа вертолета с топологической оптимизацией

Рисунок 5 - Облегченная консоль крыла. FIT AG

Чем же именно выгодны аддитивные технологии в области авиастроения?

- они помогают сократить время на производство объекта. Напечатать деталь быстрее и проще, чем сделать ее с помощью литья или фрезеровки. К тому же промышленные 3D-принтеры способны создавать разные виды объектов, а значит, все производственные мощности можно сосредоточить в одной локации. Используя принтер для объемной печати, французская компания Latйcoиre создала часть самолетной двери за два дня, что на 95% меньше обычного срока;

- устройства для 3D-печати позволяют изготовить из цельного куска материала те детали, которые раньше можно было лишь собрать. Например, компания GE Aviation усовершенствовала форсунки, которые раньше состояли из 20 элементов. С помощью аддитивных технологий детали теперь делают цельнопечатными;

- в авиастроительной отрасли важен вес объектов и их элементов. С помощью 3D-печати детали получаются более легкими (что повышает эффективность их использования). Они делают летательный аппарат меньшим по весу - в итоге он использует значительно меньше топлива;

- объемная печать снижает количество отходов производства на 70-95% процентов.

Как мы видим аддитивные технологии востребованы не только на международном уровне, но и в российском авиастроении. Для развития аддитивных технологий в Российской Федерации разработан «Комплексный план мероприятий по развитию и внедрению аддитивных технологий в Российской Федерации на период 2018-2025 гг.». Документ подготовлен в соответствии с поручением правительства РФ, Военно-промышленной комиссии, Минпромторга России.

Список использованных источников

1. Белоновская, И.Д. Аддитивные технологии в области машино- и авиастроения [Электронный ресурс] : электронный курс лекций / И. Д. Белоновская [и др.]; М-во науки и высш. образования Рос. Федерации, Федер. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. образования «Оренбург. гос. ун-т». - Оренбург : ОГУ. - 2018.

2. JSC «iQB Technologies» - АО «АЙКЬЮБ Технологии» : [Электронный ресурс] URL: http://blog.iqb-tech.ru/3d-systems-emirates-case (Дата обращения 12.12.2018).

3. 2014-2019. 3Dpulse.ru - проект группы «Текарт» : [Электронный ресурс] URL: http://www.3dpulse.ru/news/aviatsiya/uchenye-yuurgu-napechatali-na-3d-printere-detali-novogo-aviadvigatelya/ (Дата обращения 25.12.2018).

4. Wanhao Russia - 3D принтеры и комплектующие: [Электронный ресурс] URL: https://wanhaorus.ru/n233819-podmoskove-planiruetsya-pechatat.html (Дата обращения 13.12.2018).

5 Выставка передовых технологий 3D - печати и сканирования : [Электронный ресурс] URL: https://3d-expo.ru/ru/article/kak-primenyaetsya-3d-pechat-v-aviastroitelnoy-otrasli-93171 (Дата обращения 12.12.2018).

Размещено на Allbest.ru