Разработанная в ИЛИСТ СПбГМТУ установка прямого лазерного выращивания передана заказчику




4 августа 2020 года состоялась отправка в Северодвинск разработанной и изготовленной в Институте лазерных и сварочных технологий СПбГМТУ для АО «ЦС «Звездочка» установки прямого лазерного выращивания.

Это событие стало завершением очередного этапа проекта «Разработка технологий прямого лазерного выращивания и ремонтной лазерной наплавки высокопрочных деталей судового машиностроения, эксплуатируемых в условиях Арктики», выполняемого в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» (уникальный индентификатор проекта RFMEFI57417X0175).

В ходе выполнения работ были проведены исследования металлургических процессов, протекающих при прямом лазерном выращивании изделий из порошковых металлических материалов, аналогичных используемым в судовом машиностроении.

Результатами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, начатых в 2017 году в рамках выигранного СПбГМТУ конкурса Министерства науки и высшего образования Российской Федерации на предоставление субсидий из федерального бюджета, стали:

  • - технология прямого лазерного выращивания высокопрочных деталей судового машиностроения из порошковых металлических материалов;

  • - созданная в ИЛИСТ технологическая установка лазерного выращивания, позволяющая многократно снизить себестоимость изготовления деталей сложной геометрии из высокопрочных материалов;

  • - технология ремонта высокопрочных деталей судового машиностроения методом лазерной порошковой наплавки;

  • - изготовленные экспериментальные образцы деталей;

  • - организация, техническое и технологическое обеспечение участка прямого лазерного выращивания и ремонтной лазерной наплавки на АО «ЦС «Звездочка»;

  • - разработанные технические требования к порошковым материалам для прямого лазерного выращивания и лазерной порошковой наплавки;

  • - технологические рекомендации по восстановлению изношенной и (или) поврежденной геометрии металлических деталей методом лазерной порошковой наплавки в судостроительном производстве;

  • - технологические рекомендации по изготовлению сложно-профильных деталей комбинированным методом литья и прямого лазерного выращивания;

  • - технико-экономическое обоснование прямого лазерного выращивания при изготовлении и ремонте высокопрочных деталей судового машиностроения;

  • - согласованные с НИЦ «Курчатовский институт» - ЦНИИ КМ «Прометей» созданные технологии прямого лазерного выращивания и лазерной порошковой наплавки деталей судового машиностроения в части применения порошковых материалов конкретных марок для изготовления и ремонта деталей судового машиностроения.


Созданная в Институте лазерных и сварочных технологий СПбГМТУ установка предназначена для применения в изготовлении и ремонте высокопрочных деталей судового машиностроения, эксплуатируемых в ледовых условиях Арктики, на предприятиях судового машиностроения.

В качестве манипулятора изделия и технологического инструмента используется промышленный робот с двухосевым позиционером. Досягаемость робота составляет 1800 мм, грузоподъемность позиционера – 500 кг. Герметичная технологическая кабина позволяет проводить процесс прямого лазерного выращивания и наплавки в контролируемой атмосфере аргона высокой чистоты.

Используемое в технологической головке трехструйное сопло для подачи порошка в зону лазерного воздействия, а также шестиосевой роботизированный манипулятор технологической головки, позволяют проводит обработку в различных пространственных положениях, в том числе с заклонением до 900 относительно вертикали.

Предварительный анализ деталей, подлежащих выращиванию, позволил создать стратегии изготовления, компенсирующие остаточные деформации изделия.

Технологические рекомендации по прямому лазерному выращиванию и лазерной наплавке разработаны на основе опытных данных, полученных специалистами ИЛИСТ СПбГМТУ при выполнении проекта.

Результаты исследований влияния технологических параметров на механические и эксплуатационные свойства позволили сформулировать рекомендации для разработки технологий.

Создание расчётных моделей температурных полей при лазерной обработке позволило создать методику расчёта термо-деформационных процессов, происходящих при выращивании, которая, в свою очередь, помогает учитывать деформацию изделия во время выращивания.

Проведённое технико-экономическое исследование показало экономическую эффективность внедрения установки для изготовления и ремонта некоторых деталей судового машиностроения.

Прямое лазерное выращивание становится экономически целесообразным для изделий, претерпевающих длительную и материалоёмкую механическую обработку заготовок (КИМ - менее 10%), при традиционном технологическом процессе изготовления. В случае сравнения с литейными технологиями, при которых КИМ стремится к единице, экономическая выгода от прямого лазерного выращивания отсутствует. Однако необходимо учитыать, что прямое лазерное выращивание для некоторых изделий может быть единственным реализуемым способом изготовления.

Для дальнейшего использования результатов прикладных научных исследований в Центре пропульсивных систем АО «ЦС «Звездочка» организован участок прямого лазерного выращивания и ремонтной лазерной наплавки.

В ближайшее время специалисты ИЛИСТ СПбГМТУ совместно с представителями заказчика проведут комплекс пуско-наладочных работ на территориии АО «ЦС «Звездочка». Ранее специалисты АО «ЦС «Звездочка» прошли обучение в СПбГМТУ, в ходе которого ознакомились с технологией прямого лазерного выращивания, конструкцией, особенностями и работе с оборудованием, программным обеспечением, а также получили базовые навыки по программированию и управлению установкой.

Отметим, что это далеко не единственный проект в области уникальных аддитивных технологий, создаваемых в СПбГМТУ в последние годы - изготовленный в ИЛИСТ СПбГМТУ в рамках СЧ ОКР «Движитель-Элемент» автоматизированный комплекс лазерного выращивания элементов судовых движителей (КТЛВ) скоро также будет отправлен на опытный завод «Вега» НПО «Винт», входящего в состав АО «ЦС «Звездочка».

ОКР «Движитель-Элемент» выполнялась в рамках государственной программы Российской Федерации «Развитие судостроения и техники для освоения шельфовых месторождений», финансируемой Министерством промышленности и торговли Российской Федерации. Разработанный в рамках проекта КТЛВ предназначен для применения на судостроительных и судоремонтных предприятиях с целью изготовления и ремонта в минимальных допусках сложных элементов судовых движителей для арктических судов и средств морской техники шельфовых месторождений.

КТЛВ «Движитель-Элемент» реализует полностью отечественные лазерные аддитивные технологии, по производительности не уступает мировым аналогам аддитивного производства, не имеет аналогов в мире по своей функциональности (8 синхронно управляемых осей, габариты изготовляемых изделий – до 1300 мм) и конкурентоспособен на внутреннем и внешнем рынках.

Разработанные в ИЛИСТ СПбГМТУ технологии и оборудование прямого лазерного выращивания обладают потенциалом мультипликативного технологического влияния на развитие нескольких отраслей экономики. Кроме предприятий судостроения и судоремонта потребителями разрабатываемой продукции могут быть предприятия ракетно-космической отрасли, транспортного и энергетического машиностроения.

Фактически Институт лазерных и сварочных технологий СПбГМТУ приступил к серийному изготовлению машин прямого лазерного выращивания для отечественной промышленности.

Результаты выполненных проектов могут быть применены при разработке и модернизации родственных технологий инженерии поверхности, например, технологий лазерной порошковой наплавки функциональных поверхностных слоёв, актуальных для атомной, нефтегазовой, нефтехимической, химической отраслей промышленности.
 

Возврат к списку