Применение аддитивных технологий при проектировании жидкостных ракетных двигателей, основные преимущества перед классическими методами обработки материалов

В настоящее время многие направления высокотехнологичного производства постепенно изживают себя, им больше некуда стремиться, ведь они достигли своего максимума технических возможностей и применения привычных материалов. Внедрение прогрессивных способов изготовления изделий просто необходимы всему миру, таких как печать на 3D принтере, которая позволяет модернизировать производство и достичь небывалых инженерных решений. Но стоит отметить, что стандартные методы обработки изделий внесли неоценимый вклад в эпоху становления ракетостроения и машиностроения, и даже по сей день остаются частично незаменимы [1].

В современном производстве жидкостных ракетных двигателей используются изделия нестандартной и сложной формы. Именно применение технологий 3D-печати поможет изготавливать сложные 3D-объекты в объеме с возможностью масштабирования. Применение аддитивных технологий выигрывают перед классическими методами изготовления камер жидкостных ракетных двигателей по ряду признаков, а именно [2]:

1. Увеличение скорости, не снижая при этом качества производства, путем исключения поэтапного изготовления изделия, при практически полной автоматизации процесса изготовления, а также уменьшения количества технологических переходов.
2. Низкая себестоимость. Человечество стремится сократить затраты производства на изготовления любой продукции, и ракетостроение не исключение. Важно при этом не потерять надежность уже готового изделия.
3. Повышенная безопасность производства, за счет снижения участвующего числа работников в процессе изготовления детали.
4. Получение уникальных характеристик. Благодаря послойному наложению материала (расплавленной полимерной нити). Возможно использование материалов производственного класса, для изготовления деталей, работающих в условиях контакта агрессивной среды и высокого температурного режима [2].
5. Продукт наделяется достаточными характеристиками механических свойств при меньшей массе. Исследование, проведенное в рамках проекта ATIKINS, выявило, что уменьшение массы магистрального самолета на 100 кг на протяжении всего жизненного цикла влечет за собой экономию около 2,3 млн. долларов на расходе топлива и снижение выбросов углекислого газа на 1,4 млн. тонн.

6. На выходе получается уже готовое изделие, не требующее дополнительных механических обработок [3].

Следует отметить, что, как и любой другой метод, подход изготовления изделия путем аддитивных технологий имеет свои нюансы, на которые следует обращать при производстве изделий: 1) минимальный выбор порошковых материалов из металла. Составы таких порошков жестко установлены европейскими стандартами и поэтому изготовление его нерентабельно (при изготовлении единичных экземплярах); 2) не проверены до конца характеристики прочности получаемых изделий и не рассмотрены методы их улучшения; 3) При увеличении точности — снижается продуктивность производства [4].

 Таким образом, можно сделать вывод, что в производстве авиационно-космической техники повышенный интерес к аддитивным методам создания изделия возрастает все больше с каждым годом, вследствие ряда преимуществ над классическими технологиями. Ведущие компании по всему миру модернизируют свое оборудование и частично заменяют на аддитивные технологии, создаются промышленные образцы изделий, запускаются серийный выпуск ряда наименований деталей, производится анализ сфер их эффективного применения.