1 ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РАЗРАБОТКЕ НОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ОКБ «НОВАТОР» АО «ОКБ «Новатор» АО «Опытное конструкторское бюро «Новатор» имени Л. В. Люльева» г. Екатеринбург Докладчик: Койтов Станислав Анатольевич, к. т. н. , зам. нач. отдела 2016 г.
2 Актуальность работ по созданию экономически эффективных и конкурентоспособных изделий методами 3 D технологий подтверждается тем, что, ранее использованные методы изготовления деталей не могут в полной мере отвечать требованиям, предъявляемым к перспективным изделиям и необходимы технические инновации для производства материалов с улучшенными свойствами, технологические инновации для применения более совершенных способов изготовления материалов. Задачи: 1. Производство и ввод в эксплуатацию ряда пилотных продуктов изделий обладающих высокими эксплуатационными свойствами, экономически выгодные с использованием современных инновационных материалов и технологий; 2. Определение на основе исследований пилотных продуктов изделий оптимального типового набора инновационных технологий для серийного применения. Одним из перспективных направлений развития аддитивных технологий для использования композитов в оборонной отрасли является послойное (прямое) лазерное спекание (сплавление) полимерных порошковых материалов, металлов и керамики При внедрении технологии послойного лазерного спекания (сплавления) для получения деталей военной техники необходимо иметь Российские исходные материалы, построить математические модели технологических процессов, которые основываются на знании физико-химических процессов, протекающих в ходе изготовления деталей.
3 Применение композиционных материалов в изделиях ОКБ «Новатор» Назначение Наружная тепловая защита корпусов изделий 1. 2. Внутренняя тепловая защита 1. 2. Элементы аэродинамического и газоструйного управления 1. 2. Защитные элементы систем управления и телеметрии Сохранение температуры металлической конструкции во время полета в пределах, определяемых прочностными свойствами металла. Обеспечивает заданный температурный режим внутри отсека Защита корпусов отсеков от теплового воздействия работающих ДУ Теплозащита блоков РЭА от внутренних переизлучаемых тепловых потоков Защита теплонагруженных элементов от воздействия обтекающего высокотемпературного потока Защита металлических конструкций ГСУ от тепловых воздействий протекающих газовых потоков Теплостойкие крышки и обтекатели антенн, «прозрачные» для радиоизлучений
4 Лазерное спекание металлов, керамики, стеклянных микросфер
5 Материалы Российского производства: нанопорошки металлов и керамики Al 2 O 3, Zr. O 2 Электровзрыв металлической проволоки в слабоокислительной атмосфере, позволяет получать нанопорошки оксидов, обладающих исключительной активностью и адгезионной способностью. Характеристики нанопорошков Al 2 O 3 и Zr. O 2. d. БЭТ, нм Фазовый состав Образец Sуд, м 2/г Al 2 O 3 -117 nf 20 83 15 % γ Al 2 O 3, 85% δ Al 2 O 3 -146 nf 38 44 10 % γ Al 2 O 3, 90% δ Al 2 O 3 Zr. O 2 -7 nbs 60 17 Моноклинная 52%, Тетрагональная 48% Функциональная схема установки ЭВП Микрофотографии нанопорошков Al 2 O 3 -117 nf (а), 146 nf (б), Zr. O 2 -32 nf (в) (JEOL JEM 2100) Влияние фракционного состава порошков на морфологию поверхности Порошок электрокорунда крупностью +40 – 60 мкм, сферической формы Стандартный порошок электрокорунда, основная фракция +60 – 80 мкм
6 Материалы Российского производства: полые микросферы из оксида алюминия (корунда) Микросферы из оксида алюминия – легкий высокодисперстный материал с уникальным сочетанием теплофизических, механических и радиофизических характеристик, основным достоинством которых является сочетание низкой плотности (0, 29 -0, 40 г/см 3) с высокой температурой плавления 1800 0 С. Применение: Основной областью применения микросфер из оксида алюминия является высокотемпературная техника, причем наибольший эффект достигается при использовании микросфер в виде порошка. Высокая температура плавления, низкая теплопроводность и малая плотность микросфер обеспечивают возможность создания на их основе формоустойчивых ультралегковесных огнеупоров, предназначенных для длительной эксплуатации при температурах до 1800 0 С
7 Материалы Российского производства: высокопрочные стеклянные полые микросферы Высокопрочные стеклянные полые микросферы представляют собой стеклянные оболочки правильной сферической формы диаметром 15 -100 мкм. Обладают уникальным сочетанием свойств: - низкая плотность; - высокая прочность; - идеальная сферическая форма; - радиопрозрачность (низкая диэлектрическая проницаемость и малый тангенс угла диэлектрических потерь); - низкая теплопроводность. Температура плавления МС 6500 С, ВК 11000 С. Микросфера фракции 15 -100 мкм обладает теплопроводностью 0, 06 Вт/м×ºК при 20 0 С. Химический состав: Si. O 2: 76 -78 %; Na 2 O: 10 -12 %; Ca. O: 6 %; Zn. O: 1 -1, 5 %; B 2 O 3: 4 %. Применение: Высокие физико-механические свойства позволяют применять эти микросферы в качестве многофункциональных композиционных материалов, таких как: - облегченные материалы авиационно-космического назначения; - композиционные материалы для радиотехники и электроники; - теплоизоляционные изделия.
8 Серийные изделия «ОКБ «Новатор» Снижение трудоемости и себестоимости изготовления решеток для изделия 91 РУ путем внедрения в производство инновационных технологий 1. Металлографическое исследование 2. Проверка адгезионных свойств ЛКП 3. Геометрия и шероховатость решеток, динамические испытания на раскрытие решеток 4. Коррозионная стойкость в морской воде Конструкция решетки изготовленной методом селективного лазерного сплавления металлического порошка
9 Примеры инновационного решения в элементах конструкций образцов вооружений и военной техники (ВВТ), в которых может быть использована технология селективного лазерного сплавления металла. Продукт: электрические разъемы герметичные/негерметичные с кожухом металлическим или пластмассовым. При производстве жгутов и магистралей, а так же для монтажа в изделие без повреждения пайки проводов с контактами, требуется обеспечить защиту электрических разъемов полимерными составами. Соединители серии РС изготавливаются для внутреннего монтажа, во всеклиматическом исполнении Цилиндрические низкочастотные соединители
10 Примеры инновационного решения в элементах конструкций образцов вооружений и военной техники (ВВТ), в которых может быть использована технология селективного лазерного сплавления керамики. Продукт: носовое притупление из керамики для изделия с применением наночастиц оксидов. Продукт: керамическое теплозащитное сопло гиперзвуковых изделий. Повышение термической устойчивости материалов соплового блока Графитовый вкладыш Разгар критического сечения сопла Вкладыш из УУКМ «КИМФ»
11 Примеры инновационного решения в элементах конструкций образцов ВВТ, в которых может быть использована технология селективного лазерного сплавления керамики. Продукт: поршень клапана в системе газоструйного управления изделием, шайбы крышки из теплозащитных материалов. Кормовая система газоструйного управления (шайбы, крышки из теплостойких материалов) Внешний вид втулки клапана системы ГСУ 1 – керамическая головка поршня Zr. O 2 – Y 2 O 3 Использование керамической головки позволяет снизить массу поршня примерно на 30% в сравнении с ранее применявшейся конструкцией.
12 Примеры инновационного решения в элементах конструкций образцов ВВТ, в которых может быть использована технология селективного лазерного сплавления керамики. Продукты: радиопрозрачные обтекатели, крышки для обеспечения защиты антенн аппаратуры изделий от воздействия аэродинамического нагрева и механических повреждений.
13 Селективное лазерное спекание SLS полимерных порошков Производственный 3 D-принтер s. Pro 230 использует надежную и проверенную технологию печати SLS, благодаря чему он способен изготавливать прочные пластиковые детали высокой точности и максимального размера (до 750 мм). Принтер может использовать широкий спектр материалов, позволяя создавать модели, обладающие различными физическими свойствами.
14 Примеры инновационного решения в элементах конструкций образцов ВВТ, в которых может быть использована технология селективного лазерного спекания полимерных порошков. Продукт: формы из полиамида для заливки бескорпусных электрических разъемов герметиками и компаундами Номенклатурный перечень применяемых эл. разъемов более 100 разновидностей и необходимы соответствующие заливочные формы. После рассмотрения различных материалов (АБС-пластик, PLA-пластик, РА) выбран полиамид PA 2200, который удовлетворяет требованиям технологии заливки компаундов (нагрев) и герметиков. Шероховатость поверхности Rа=12, Rz=71 Проведенные в цехе многократные заливки разъёмов различными компаундами и герметиками в формах из полиамида подтвердили соответствие получаемых деталей требованиям КД. Выявлены рекомендации к проектированию и подготовке форм к работе. Стоимость изготовления алюминиевой формы по традиционной технологии 50 тыс. руб. , на 3 D принтере из полиамида 10 тыс. руб.
15 Примеры инновационного решения в элементах конструкций образцов ВВТ, в которых может быть использована технология селективного лазерного спекания полимерных порошков. Продукт: пресс-формы для нанесения слоев структурного ТЗП из разнородных материалов Схема конструктивного исполнения двухслойного ТЗП Типовые формы теплозащитных оболочек Корпус 46 СТ-473. 000 с нанесенным покрытием из материала «Термосил» 1 – торцевое кольцо из стеклопластика ТЗМКТ-8; 2 – наружный слой эрозионностойкого стеклопластика ТЗМКТ-8; 3 – клеевой шов; 4 – напыляемый теплозащитный материал «Термосил» малой плотности; 5 – металлический корпус. Наружная структурная тепловая защита корпуса 14 А 042 Синтактик Металлический корпус Схема нанесения ТЗП на корпус методом вакуумного формования Эрозионностойкий наружный слой ТЗП
16 Общий перечень работ по изучению свойств исходных материалов для применения в аддитивных технологиях и исследования деталей, сборочных единиц. 1. Определение оптимальных свойств дисперсного наполнителя для технологии получения деталей. 2. Определение контрольных характеристик разрабатываемых материалов. 3. Определение физико-механических характеристик материалов. 4. Определение теплоемкости, теплопроводности, температурного коэффициента линейного расширения материалов. 5. Измерение термической устойчивости композиций методом комплексного термоанализа ТГ/ДСК/МС. 6. Определение соответствия радиотехнических характеристик материалов требованиям технических заданий. 7. Стендовые экспериментальные исследования изменения радиотехнических характеристик материалов при попадании на их поверхность продуктов сгорания ТЗП. 8. Проведение сравнительных испытаний материалов на аэродинамическом стенде с разогревом газа в ВЧД-плазматроне. 9. Испытания материалов тепловой защиты на модели затупленного конуса в аэродинамической трубе АДТ-122 М, ВАТ-104 ФГУП «ЦАГИ» . 10. Проведение УКИ сб. ед. с различными типами материалов выбранными на основе предыдущих сравнительных испытаний.
17 Ключевые этапы отработки аддитивных технологий на Российском сырье, внедрения деталей в элементы конструкций военной техники • Формирование комплексного подхода к каждому элементу необходимому для решения задачи внедрения аддитивных технологий в рамках импортозамещения: материал, конструкция, математические модели, технологии, оборудование. • Поддержка региональных инжиниринговых центров в области аддитивных технологий. РИЦ обладает высококвалифицированным персоналом, инфраструктурой и может обеспечить создание технологий, а также масштабное применение их с соответствующим конкретным результатом для промышленности в различных отраслях. • Подготовка и переподготовка кадров по ориентированным учебно-тематическим программам. • Разработка нормативной документации, системы национальных стандартов для аддитивного производства, классификацию материалов, стандартизацию конструкций, технологий и оборудования.
18 ЗАКЛЮЧЕНИЕ • Залогом успешного освоения данных технологий является их цельность, построение рациональной технологической цепочки, которую можно изменять в зависимости от конкретной решаемой задачи. • Особенностью аддитивных технологий в условиях текущей конъюнктуры, является их относительно высокая стоимость, как импортного оборудования так и материалов. • Освоить эти технологии возможно путем образования разумной взаимосвязи фундаментальной, прикладной науки с производством в рамках единой научноисследовательской программы реализуемой «Региональным инжиниринговым центром» , основной целью которой является разработка и внедрение новых технологий и инновационных продуктов обеспечивающих экономичность и импортозамещение.
19 АО «Опытное конструкторское бюро «Новатор» имени Л. В. Люльева» г. Екатеринбург БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ! Докладчик: Станислав Анатольевич Койтов koytov@inbox. ru раб. тел. : 8 343 264 92 47 моб. тел. : 8 922 178 90 24
Скачать презентацию 1 ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В РАЗРАБОТКЕ НОВЫХ
форум 20-21 апреля 2016.ppt