Ассоциация «Технет»
Инфраструктурный центр «Технет»

Цифровые технологии гибридного аддитивного производства

Исполнители: Группа компаний «Гибридное аддитивное производство»

Заказчики: ПАО «ОАК», АО «ОДК-Авиадвигатель», АО «ЧМЗ», ООО «Пермская компания нефтяного машиностроения», АО «НПО ЭНЕРГОМАШ», ОАО «Протон-ПМ», ПАО НПО «Искра», АО «Корпорация Тактическое Ракетное Вооружение», АО «Объединенная судостроительная корпорация», АО «УралГидроМаш», ПАО «СИБУР Холдинг», ПАО «НК «Роснефть».

Резюме проекта

Проект обеспечивает условия реализации кастомизированного производства на промышленных предприятиях в рамках концепции «Фабрик будущего» с использованием производственных процессов на базе гибридных аддитивных технологий.

Основная цель проекта – создание обрабатывающих центров комплексной аддитивной наплавки, предназначенных для мелкосерийного и единичного промышленного производства изделий из металлической проволоки по технологии 3D-наплавки с использованием плазменного источника нагрева.

В рамках проекта разработаны уникальные плазмотроны, типовые прототипы аддитивных обрабатывающих центров, изготовлены опытные образцы оборудования, выполняющие три функции наплавка, проковка и фрезерная обработка, а также создан опытно-промышленный участок гибридной аддитивной наплавки.

В контексте «Фабрик будущего» проект в первую очередь ориентирован на кастомизацию и быстрый отклик на запросы рынка или заказчика. Компетенции проекта включаются в процессы Цифровых фабрик и «Умных» фабрик. Гибридные аддитивные технологии позволяют содействовать снятию ограничений нового проектирования, значительно снизить риски, сроки и затраты на стадии разработки, доводки, отработки и  освоения производства новых изделий.

Для реализации проекта получены инвестиции Фонда содействия инновациям по программе «Старт-НТИ», привлечены частные инвестиции в размере 20 млн руб., а также иные источники финансирования в размере 20 млн руб.

Актуальность проекта

Ключевые современные предпосылки для реализации проекта
  • сокращение жизненного цикла продукции, в том числе необходимость существенного сокращения сроков вывода продукции на рынок (сроки производства);
  • технологическая безопасность: в России и мире фактически отсутствует крупногабаритное литье, особенно востребованное в современных разработках авиационной и энергетической промышленности, а также в ОПК;
  • трудности при изготовлении габаритных конструкций со сложным пространственным расположением сварных швов;
  • литейный брак, высокая пористость существующих аддитивных технологий; потери от литейного брака растут, а срывы сроков по причине брака крупногабаритного литья критичны;
  • необходимость снижения металлоемкости заготовок, припусков на механическую обработку, а соответственно снижение себестоимости продукции, повышение коэффициента использования материала, снижения машинного времени и расхода инструмента.

В связи с выше перечисленными факторами новым трендом в машиностроении является кастомизация продукции (в том числе реинжиниринг и ремонт), а важнейшим конкурентным преимуществом компаний становится гибкость – немедленная реакция на новые потребительские запросы.

Уникальность проекта

В обрабатывающих центрах ГК «Гибридное аддитивное производство» объединены аддитивная наплавка проволочная, послойное упрочнение (проковка) и силовая механическая обработка, что позволяет в одной единице оборудования производить высококачественные детали и заготовки.

В оборудовании применены уникальные плазмотроны собственной разработки и производства, работающие на постоянном токе обратной полярности, не имеющие аналогов на мировом уровне, а также разработаны уникальные способы и режимы наплавки.

Эффективность технологии определяется следующими результатами:

  • обеспечение полного цикла производства: на входе – сварочная проволока и 3D-модель, на выходе – обработанная деталь;
  • производительность наплавки для крупногабаритных деталей может достигать 20-30 кг/час;
  • возможность изготовления крупногабаритных деталей (до 10 метров и более);
  • высокое качество наплавленного металла: низкая пористость (менее 0,5%).

Участок гибридного аддитивного производства

Образцы выращенных заготовок

Преимущества технологии по сравнению с традиционными технологиями:

  • отсутствие необходимости производства дорогостоящей литейной и штамповой оснастки;
  • существенное снижение временных и материальных затрат на изготовление крупногабаритных заготовок;
  • значительное увеличение коэффициента использования материала (до 5 и более раз);
  • сокращение сроков производства изделий: для литейных деталей – с 6-9 месяцев до 3-7 дней, для поковок – с 3-12 месяцев до 3-14 дней;
  • сокращение расхода материала и затрата на обработку при серийном производстве в 3 и более раз.

Демонстрация прототипа аддитивного обрабатывающего центра на 20-й международной выставке Металлообработка -2019

Компетенции команды

Проект реализуется Группой компаний «Гибридное аддитивное производство» – это производственно-инжиниринговый консорциум промышленных предприятий, инжиниринговых компаний и высших учебных заведений, сформированный с целью совместной реализации комплексного проекта по разработке и выводу на рынок промышленного оборудования для гибридной аддитивной технологии.

В состав консорциума входят: Пермский национальный исследовательский политехнический университет, ООО «Центр ЭЛТ», ООО «ИНКОР», ПАО «Протон-ПМ», ООО «МИП «КАТ».

Соглашение о стратегическом партнерстве для реализации проекта было подписано 19 апреля 2018 года в рамках Пермского инженерно-промышленного форума.

Подписание соглашения о создании стратегического партнерства для реализации проекта (Пермский инженерно-промышленный форум-2018)

Основные направления деятельности ГК «Гибридное аддитивное производство»: разработка уникальных, не имеющих аналогов в мире, плазмотронов; НИОКР в области разработки гибридных аддитивных и сварочных технологий; исследование свойств получаемых материалов; комплекс услуг, связанных с разработкой технологий, подбором, поставкой, внедрением и обслуживанием металлообрабатывающего оборудования; разработка и серийное производство металлообрабатывающего оборудования.

Опыт участников консорциума: за 30 лет реализованы десятки проектов в области НИОКР сварочных и аддитивных технологий, более 20 лет опыта разработки технологий металлообработки и сервисного обслуживания (более 500 станов), реализованы проекты по выводу на рынок металлообрабатывающего оборудования, более 50 лет опыта серийного производства наукоемкой машиностроительной продукции.

Ресурсы, задействованные в проекте

В проекте задействованы:

  • ресурсы и оборудование Пермского национального исследовательского политехнического университета для реализации НИОКР, включая лабораторно-испытательную базу и вычислительные ресурсы;
  • ресурсы технологической подготовки производства, включая инженерные и технологические пакеты разработки технологии механообработки, а также оборудование и инструмент для сервисного обслуживания станков;
  • производственные мощности ПАО «Протон-ПМ» в сфере механической обработки, сборочного производства, в том числе металлообрабатывающего оборудования;
  • для реализации проекта был создан опытно-промышленный участок гибридной аддитивной наплавки.

Развитие проекта

В настоящее время ведется разработка нового типа потальных аддитивных обрабатывающих центров, позволяющих направлять заготовки габаритами до 10 метров и более.

Планируется изготовление и испытание расширенного ассортимента обрабатывающих центров гибридного аддитивного типа, в том числе на базе роботов манипуляторов для заготовок сложной геометрии, аддитивных обрабатывающих центров с центров с силовой фрезерной и токарной обработкой и др.

Идет совершенствование и отработка процессов деформационного упрочнения.

Развиваются бизнес-процессы аддитивного производства: ведется разработка единой системы обеспечения и управления процессами наплавки, создаются средства разработки управляющих программ и постпроцессоров, программного обеспечения, процессов цифрового сопровождения гибридного аддитивного производства.

Также запущен процесс создания и развития собственных аддитивных производственных мощностей.