Эксперт МАИ прокомментировал созданный на 3D-принтере авиадвигатель
В России впервые испытан авиадвигатель из 3D-принтера. Время производства основных элементов двигателя, по данным Фонда перспективных исследований, сократилось в 20 раз, стоимость — в 2 раза. Насколько он надёжен, телеканалу «МИР 24» рассказал заместитель директора по науке института № 2 «Авиационные, ракетные двигатели и энергетические установки» Московского авиационного института Алексей Ионов.
Можно ли этот факт считать техническим прорывом?
Да, это определенный успех, потому что в мире, если говорить про газотурбостроение, практически нет примеров двигателей, целиком напечатанных на 3D-принтере. Есть какие-то элементы — это мейнстрим мировой в двигателестроительной отрасли. Это пример того, что Россия находится на переднем крае науки, создания конечного изделия, которое может работать у заказчика.
Как 3D-печать отразилась на качестве?
Это комплексный вопрос, потому что наука нам говорит о том, что 3D-печать имеет свою область применения, и ультимативно говорить, что это точно дешевле и качественнее, нельзя. Надо говорить о том, что при определенных условиях — небольшая серийность изделия — 3D-печать на этапе научно-исследовательских работ в разы ускоряет и удешевляет все процессы разработки. Если нам для запуска деталей в производство раньше нужен был год, то сейчас мы можем это сделать за три дня. Это совершенно другой уровень.
Есть вопросы по качеству. Надо понимать, что это совершенно другая отрасль с точки зрения металлургии и материала. Мы где-то можем потерять в качестве и надёжности, но приобрести в других характеристиках. Когда мы говорим, что нам нужно обеспечить ресурс, долговечность, надежность, это планомерная работа. В разрезе 10-15 лет до 15-20% деталей самолётов, ракет, двигателей будет сделано с помощью аддитивных технологий.
Авиационный двигатель испытывает огромные нагрузки. Из чего их печатают?
Это специальные жаропрочные сплавы, которые по характеристикам близки к тем сплавам, которые применяются при классических технологиях производства. Если мы говорим про горячую часть двигателя, это, в основном, литьё.
Пример лопатки газотурбинного двигателя (размерность лопатки — авиационные двигатели, на которых мы летаем по России и за рубеж), напечатана на 3D-принтере из металла — сплава кобальт-хром. Она по температурным и эксплуатационным характеристикам близка к тому, что стоит в реальных двигателях. Но мы в начале пути. Есть работы по печати из керамических материалов, которые позволяют на 200-300 градусов поднять температуру на турбине. Это означает, что топливная эффективность вырастет на 15-20%. Поколения авиационных двигателей отличаются по топливной эффективности максимум на 5%. Применение керамики будет просто революцией с точки зрения топливной эффективности и цены перелёта. Экономика перелётов заиграет другими цветами.
Напечатанный двигатель для какого типа самолётов предназначен?
Не идёт речь о серьезных машинах, это небольшой двигатель с тягой 40 кг. Они начали применяться как двигатели для реактивного хобби. Можно посмотреть ролики в социальных сетях, но сейчас они сделали следующий шаг. Благодаря развитию малоразмерной беспилотной авиации для различных задач гражданского и военного назначения они получили гигантский импульс развития во всём мире. Многие компании делают линейки маленьких двигателей — 15 кг, 40 кг, 100 кг. Это беспилотники, двигатели для разгона планеров, двигатели спасения небольших воздушных судов. Ниша у них своеобразная. Человек пока на них не летает, но известен пример: в прошлом году был перелёт через Ла-Манш человека на реактивном крыле — там стоит 4 двигателя, о которых говорит Фонд перспективных исследований, это их область применения.
Следующий шаг — приспособить технологию печати для больших двигателей?
И мы работаем, и работает наша авиационная промышленность, и ракетная промышленность. Недавно была новость о подписании договора между «Авиадвигателем» и Центром аддитивных технологий, находящимся в Москве, по серийному выпуску деталей для двигателя ПД-14. Эти детали прошли сертификационные испытания, первый экземпляр двигателя будет с 3D-напечатанными деталями. Успехи у нас достаточно большие. Отличительная особенность двигателя, о котором говорит ФПИ, что он полностью напечатан из отечественных материалов, по отечественной технологии.
Можно напечатать и детали фюзеляжа, например?
Экономика и технические ограничения. Чем больше деталь, тем сложнее её напечатать, тем больше принтер, тем больше материалы. На данный момент с точки зрения экономики (единицу за килограмм готового изделия) аддитивные технологии серийно потянуть может только авиация и космос, и тоже только в ограниченных размерах. Самые большие печатающие установки из металла — это размер до полуметра, пока это предел, в ближайшее время они вряд ли перейдут в нишу более больших установок. Это технологически сложно и очень дорого.
Недавно была новость, что на 3D-принтере напечатали дом. Вся разница в материалах?
Да, в материалах. Мы печатаем из металлов, очень экзотических сплавов, есть редкоземельные добавки, поэтому материалы очень дороги.
В каких отраслях в ближайшее время 3D-печать может похоронить традиционные технологии?
Медицина. То, что касается челюстной медицины, практически 50-70 процентов рынка занимает 3D-печать: импланты, то, что касается зубов. Сейчас во многих клиниках, которые занимаются имплантами, стоят печатающие установки, которые из титанов делают импланты. Это замена костей, черепно-мозговые травмы. Мы просто это мало знаем, но с точки зрения медицины в Китае, в США, в Европе, в России аддитивные технологии уже имеют 15-20 процентов рынка и будут увеличиваться.
Каждому человеку нужен индивидуальный имплант. Сделать его по классической технологии дорого, а 3D-печать позволяет отсканировать человека на томографе, получить геометрию кости и сделать её точно такой же, с теми же свойствами, характеристиками, как у утерянной части скелета, например. Медицина — это то, что на переднем крае.
Определенную нишу займет двигателе-, самолёто-, ракетостроение. Это области, где цена не всегда является определяющей. Чаще всего определяющим является качество, сроки, характеристики изделия.
