Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
На сегодняшний день в России реализуется несколько крупных проектов по созданию ракет-носителей (РН) нового класса, к которым можно отнести РН Союз-5, РН Ангара-А5М, РН Ангара-А5П с ПТК «Орел», РН Ангара А5В и перспективные РН на сжиженном природном газе. Для всех перечисленных разработок основополагающим является массогабаритный фактор на этапе проектирования элементов конструкций. Оптимизация массы изделия напрямую зависит от свойств применяемых материалов и возможностей современных технологий производства деталей и сборочных единиц (ДСЕ).
На этом фоне на ведущих предприятиях-проектировщиках космических средств выведения, таких как РКЦ «Прогресс», ГННПЦ им. М.В. Хруничева, актуально применение новых сплавов на основе алюминия с целью облегчения конструкций РН и повышения температуры эксплуатации, в том числе за счет экономнолегированных скандийсодержащий алюминиевых сплавов. В связи с этим магистральным направлением является получение изделий ракетно-космической техники (РКТ) из легких высокопрочных сплавов с использованием современных подходов проектирования и производства [1]. Аналогичный вектор развития наблюдается у производителей двигательных установок. (АО «НПО «Энергомаш», АО «КБХА») для различных ступеней РН, в частности замена стальных сопел на облегченные алюминиевые.
Развитие современного производства обуславливает все возрастающее внедрение наукоемких технологий [2]. Возможность реализации в производственном цикле современных аддитивных технологий (АТ) позволит обеспечить более эффективные технико-экономические показатели изготовления ДСЕ РКТ, в том числе из новых материалов, а также снизить массу изделий за счет оптимизации конструкции и получения сложной геометрии изделия. При этом, учитывая габариты элементов РКТ, чрезвычайно актуальным является освоение крупногабаритной печати (от 600 мм до 6000 мм) с применением технологий наплавки [3].
При переходе от исследовательских и экспериментальных работ к внедрению 3D-печати в производственный цикл встает ряд задач, без решения которых затруднительно использовать инновационные технологии в серийном изготовлении ДСЕ РКТ. К ним относятся выбор вида АТ и исходных материалов, их доступность, определение номенклатуры изделий для крупногабаритной печати, наличие нормативной базы, материаловедческие вопросы допустимости дефектов, свойственных 3D-печати.
В настоящий момент на отечественном рынке крупногабаритной печати одной из наиболее перспективных технологий высокоскоростного изготовления крупногабаритных изделий из порошковых материалов является прямое лазерное выращивание (ПЛВ) [4]. Метод предполагает формирование изделия из порошка, подаваемого сжатой газопорошковой струей непосредственно в зону лазерного излучения. Использование проволоки в качестве сырьевого материла позволяет значительно повысить производительность процесса и коэффициент использования материала по сравнению с порошковой наплавкой. При этом проволочные технологии отличает быстрота печати, но более низкая точность построения и высокая шероховатость получаемых поверхностей. Зачастую в цикле изготовления они требуют дополнительной постобработки для достижения точности геометрических размеров и шероховатости согласно требованиям чертежа. По типу источника энергии можно выделить технологии электронно-лучевой, лазерной, электродуговой и плазменной наплавки проволокой.
Актуальной проблемой является формирование нормативной базы, а именно разработка и утверждение стандартов качества для развития документооборота и последующего внедрения АТ. Отмечается недостаточность национальных стандартов технологических требований к проведению процессов 3D-печати и оборудованию для их реализации, а также средств метрологического обеспечения и контроля качества уже готовых изделий в виду слабой вовлеченности в развитие нормативной базы предприятий отрасли РКТ.
В настоящее время ключевое применение АТ для промышленного производства элементов РН на базе РКЦ «Прогресс» осуществляется в части получения крупногабаритных алюминиевых цилиндрических и конических обечаек баков ступеней РН, изготовления торо-сферических днищ алюминиевых топливных баков, погружных титановых шар-баллонов и межбаковых отсеков из конструкционных материалов. Разработки, реализованные АО «НПО Энергомаш» и АО «КБХА» включают в себя изготовление методом крупногабаритной 3D-печати крепежных элементов конструкций, ДСЕ и корпусных элементов ТНА, сопловых неохлаждаемых насадок и элементов ПГС систем ЖРД большой тяги, в частности, фланцев, трубопроводов. В случае работы со сплавами на основе алюминия необходимо исключить наличие свойственных им наплавочных дефектов, таких как трещины, газовые пористости, оксидные плены и инородные включения. Таким образом, разработка методик, позволяющих оценивать склонность сплавов к образованию дефектов в условиях аддитивного производства является важной материаловедческой задачей.
