Т - значит топинамбур
Немного о турбинных лопатках
Одно из самых интересных направлений применения аддитивных технологий - использование их для разработки, производства и ремонта турбинных лопаток.
Сложно в одном посте охватить все технологии и направления использования, но самое интересное можно и описать. Естественно и прототипирование, но лучше о производстве.
Есть несколько технологий производства турбинных лопаток и они все довольно сложны. Например, литьё. Т.е. когда расплавленный металл заливают в какую-то форму. Тут может быть использовано и используют несколько технологий 3D печати. Это самое очевидное и простое для внедрения направление, т.к. 3D печать включается в устоявшиеся технологические цепочки.
Самое очевидное - печатать сразу форму для литья по цифровой модели. Но этот путь часто оказывается дороже других и его пока не особо используют. Да и качество таких форм пока далеко до приемлемого.
Самое интересное в технологии литья - создание напечатанной выплавляемой модели, которую потом “обмазывают” для получения формы. Т.е. печать какими-либо полимерными материалами. И эти материалы могут потом расплавиться в печи или сгореть без золы (материалы с низкой зольностью). Такие модели, или “восковки”, уже делают по разным технологиям печати. Например, выплавляемые модели делают на принтерах для работы с плавкими полимерами, а выжигаемые на фотополимерных принтерах.
Но как известно, жидкость заполняет форму, а расплавленный металл - жидкость, и внутренние формы лопаток сделать нельзя только за счет одной модели восковки. Нужна внутренняя форма. Внутренние формы в турбинных лопатках нужны по разным причинам, от уменьшения веса, до создания различных систем охлаждения, если турбина работает при высоких температурах. В классической технологии литья используют т.н. “стержни”. Хрупкие керамические изделия которые помещают в форму для литья после выплавления или выжигания полимера. Такие стержни имеют довольно сложную форму, должны выдержать заливку и охлаждение металла, при этом должны быть достаточно хрупкими для последующего удаления и очистки внутренней полости новой турбинной лопатки. Здесь уже пытаются использовать технологии 3D печати керамиками. Самими керамиками на нужном уровне прямо печать мало у кого получается, используют обходной путь. “Стержень” делают с помощью фотополимерных принтеров, но используют жидкую фотополимерную композицию с керамическими частицами. При отжиге напечатанного изделия получается тот самый хрупкий стержень - частицы керамики спекаются между собой, а полимер выгорает.
И самое интересное, самые качественные и самые дорогие турбинные лопатки из монокристаллов одного или нескольких делают по технологии литья, но несколько более сложной.
Но это все в рамках “классической” технологии.
Самое интересное - сразу сделать турбинную лопатку из металла. Тут несколько интересных причин. От печати формы сразу, до расширения перечня материалов для лопаток.
Литьё, при всех своих преимуществах имеет качество ниже чем у других технологий, а 3D печать металлами уже по качеству изделий сопоставимо или выше, занимает длительное время и экономически выгодно (относительно печати) уже только при больших партиях.
С материалами интереснее. В технологии используется довольно небольшое число материалов, т.е. те которые технологичны - можно обрабатывать по имеющимся технологиям. Например, не все пригодные для рабочих условий турбин сплавы вообще можно лить, они очень вязкие и для хорошей текучести их надо нагревать до гораздо больших температур, есть которые сложно обрабатывать потом, да и вообще микроструктура поверхности после литься не особо хорошая именно для турбинных лопаток - слишком крупные кристаллиты быстрее выламываются.
А вот 3D печать позволяет работать с большинством таких сплавов, особенно со всякими жаропрочными и тугоплавкими. 3D принтеры с точки зрения энергопотребления и температурного менеджмента гораздо привлекательнее литья, т.к. потребление энергии разнесено по времени, нет необходимости прогревать сразу большой объём и т.д. 3D принтер можно хоть в офисе поставить, хотя это крайности.
Ну и главное - форма. Литьё во многом ограничено по форме - вязкий металл может не заполнить небольшие полости, сложно делать тонкие стенки, могут возникать воздушные карманы, пузыри и т.д. 3D печать конечно имеет и свои недостатки, но в любом случае в плане работы с формой - здесь пока печать уже и пока вне конкуренции.
Аналогично и с внутренними полостями. При печати их проще делать, а значит можно создавать более развитые полости, тонкие стенки и т.д. Порошок проще вычистить, чем керамический стержень.
Интересно и направление ремонта турбинных лопаток с помощью аддитивных технологий. Лопатки - дорогое изделие, и их ремонтируют после некоторого времени использования. Для простых случаев уже давно использую различные технологии наплавки. Кстати, вопрос считать ли технологии наплавки аддитивными технологиями очень дискуссионный. Для сложных же случаев, вроде восстановления внутренней формы, работы с тугоплавкими металлами уже пытаются (одна компания точно имеет технологию) печать пригодна.
Пока серьезным минусом аддитивных технологий по отношению к литью - монокристаллы, но и тут идут активные работы по разработке технологий.
И много чего другого. Вроде печати керамических лопаток, печати термобарьерных покрытий и т.д. и т.п.
Наша компания занимается разработкой, производством и поставкой 3D принтеров для печати металлами.
Last updated