3D-печать в производстве ракетно-космической техники
Без применения современных технологий и методов производства невозможно представить развитие ракетно-космической техники. Создание транспортного корабля нового поколения «Федерация», научно-энергетического модуля, разработка и изготовление спутников различного назначения, других перспективных изделий — такие задачи стоят перед головным предприятием по изготовлению ракетно-космической техники РКК «Энергия». Для их решения требуется внедрение и развитие принципиально новых технологических методов [1]. Одним из примеров применения аддитивных технологий в области ракетно-космической техники служит разработанная специалистами РКК «Энергия» и изготовленная совместно с сотрудниками Санкт-Петербургского политехнического университета им. Петра Великого камера сгорания ракетного двигателя (рис. 1) [2]. Камера сгорания — один из ключевых элементов жидкостного ракетного двигателя, работающий при экстремально высоких температурах. Для предотвращения теплового разрушения камеру изготавливают из жаропрочной бронзы с внутренней системой каналов для циркуляции охлаждающей среды. Применение аддитивных технологий позволило не только более чем в два раза сократить цикл изготовления конечного изделия по сравнению с традиционными методами производства, такими как механическая обработка и пайка, но и изготовить камеру сгорания с системой охлаждающих каналов совершенно уникальной конфигурации, выполнение которой в рамках стандартной технологии невозможно. В настоящее время данная разработка проходит испытания и сертификацию. Ещё одно из направлений развития аддитивных технологий — это область быстрого прототипирования. Поскольку производство изделий ракетно-космической техники является единичным, важную роль в их создании занимает конструкторско-технологическая подготовка производства [3]. Благодаря появлению 3D-печати для изготовления моделей, макетов и прототипов возможно использование метода послойного выращивания из полимерных материалов. Рис. 2. 3D-модель и выращенные элементы конструкции наземной испытательной установки Рис. 3. Гидромакет малогабаритного спутника, выращенный методом селективного лазерного спекания Как и у других методов производства, у аддитивных технологий есть вопросы, которые в настоящее время еще не решены. Во‑первых, это небольшой выбор металлических порошковых материалов. Все их составы соответствуют европейским стандартам и нормативам. Изготовление же порошка заданного состава нерентабельно и имеет смысл только при больших объёмах, поэтому применять их в лётных изделиях российского производства пока невозможно. Во‑вторых, не исследованы до конца прочностные характеристики получаемых изделий и методы их улучшения. В‑третьих, стоимость изготовления деталей методом аддитивного выращивания достаточно высокая, поэтому вопрос эффективности применения метода печати зависит от их сложности и требует отдельной проработки. Все эти вопросы ограничивают в производстве ракетно-космической техники массовое применение деталей, полученных методом аддитивных технологий. На сегодняшний день в ракетно-космической отрасли происходит адаптация аддитивных технологий к реальному промышленному производству: определяются области максимально эффективного применения, разрабатывается нормативно-техническая документация, проводятся исследования по определению физико-механических характеристик изделий. Тем не менее уже сейчас существует широкий круг возможностей применения аддитивных технологий, когда создаются уникальные изделия, геометрия и форма которых далека от сложившихся представлений о машиностроительном конструировании. Литература А.В. Дранков, Г.В. Калугин, С.Ю. Шачнев. «ЗЭМ» РКК «Энергия»
Введение
В этой связи особый интерес вызывает применение технологий аддитивного производства, или 3D-печати, когда изделие создаётся при помощи послойного добавления материала различными способами по данным трёхмерной электронной модели. Это может быть наплавление или напыление металлического порошка, жидкого полимера или композитного материала. Источником энергии в зависимости от материала может служить лазерный луч, электронный луч или сопло с резистивными нагревателями.
Совсем недавно технология 3D-печати не имела практического применения в промышленности, однако бурное развитие аддитивных технологий в последние несколько лет показало, что их использование не только допустимо, а зачастую существенно выгоднее традиционных методов производства. Ведущие отечественные и зарубежные компании в области аэрокосмической техники проявляют интерес к технологии создания трёхмерных объектов, проводят научные исследования, разрабатывают оборудование, открывают научные и производственные центры. В том числе работы ведутся и в направлении производства элементов ракетных двигателей.Камера сгорания
Рис. 1. Полноразмерный образец внутренней оболочки камеры сгорания из жаропрочного бронзового сплаваДетали из полимерного пластика
Так как выращивание происходит по разработанной конструктором электронной трёхмерной модели, из технологического цикла исключается необходимость выпуска конструкторской документации и изготовления инструментальной оснастки, что значительно ускоряет и удешевляет подготовку производства. Кроме того, ещё одно важное преимущество 3D-печати — возможность оперативного внесения изменения в конструкцию. Конструктору достаточно изменить модель, и его идея будет сразу же реализована при печати в материале. В будущем применение печати из полимерного пластика также возможно для производства приборов, элементов интерьера летательных космических аппаратов, ненагруженных деталях конструкции (рис. 2, 3).
Недостатки и ограничения
Заключение
1. Микрин Е.А. Перспективы развития отечественной пилотируемой космонавтики// Космическая техника и технологии. 2017 № 1(16). С. 5–11.
2. Артемов А.Л., Дядченко В.Ю., Лукьяшко А.В., Новиков А.Н., Попович А.А., Рудской А.И., Свечкин В.П., Скоромнов В.И., Смоленцев А.А., Соколов Б.А., Солнцев В.Л., Суфияров В.Ш., Шачнев С.Ю. Отработка конструктивных и технологических решений для изготовления опытных образцов внутренней оболочки камеры сгорания многофункционального жидкостного ракетного двигателя с использованием аддитивных технологий.// Космическая техника и технологии. 2017 № 1(16). С. 50–62.
3. Зайцев А.М., Шачнев С.Ю. Селективное спекание в производстве изделий ракетно-космической техники// Ритм. 2012 № 6(74). С. 34–36.
