3D-печать и керамику объединили, чтобы повысить качество отливки лопаток турбин
Специалисты Национального исследовательского технологического университета МИСИС и компании «ОДК-Кузнецов» изобрели новый способ производства прочных деталей для авиации и энергетики, которые выдерживают высокие температуры. Для этого они усовершенствовали процесс изготовления форм для деталей, объединив преимущества 3D-печати и керамики.
Сначала на промышленном 3D-принтере печатают заготовку литейной формы: ее послойно выращивают, используя огнеупорные материалы (например, керамику) и связующее (синтетическую смолу). Затем форму несколько раз пропитывают жидкостью с частицами диоксида кремния, гранулами оксида алюминия и полыми керамическими микросферами. Это позволяет заполнить поры, укрепить структуру материала и сделать его устойчивее к высоким температурам. В конце форму спекают при 1200 градусах — при такой температуре керамические связи укрепляются, а органическое связующее удаляется.
Готовая форма подходит для заливки металлами в вакууме. Так как органическое связующее из материала удалили, в вакуумной камере не будут выделяться газы, ухудшающие качество сплава и отливки, — это главное преимущество таких форм перед обычными 3D-печатными. В отличие же от фотополимерных керамических форм, изготовленных из смолы и затвердевающих под ультрафиолетом, новые точнее и проще в производстве.
Наш метод позволяет получать большие отливки, так как размеры бункера промышленной установки 3D-печати форм составляет 2,5 на 1,5 на 1 метр.
Андрей Колтыгин
Директор инжинирингового центра литейных технологий и материалов НИТУ МИСИС
Ученые получили экспериментальные отливки из жаропрочного никелевого сплава. Исследования показали, что методика позволяет достичь высокой прочности форм при минимальной усадке — 0,5–1,8%. Это меньше, чем при использовании других способов 3D-печати керамических литейных форм.
Специалисты рассчитывают, что после доработки технология найдет применение в авиационной и энергетической промышленности, где нужны сложные детали из жаропрочных сплавов. Самое перспективное направление — производство лопаток турбинных установок и авиадвигателей.
