Ассоциация «Технет»
Инфраструктурный центр «Технет»

Создание комплекса электролитно-плазменной обработки поверхности сложнопрофильных деталей, полученных с применением 3D-печати

Исполнитель: ООО «ИННФОКУС»

infcs.ru

Соисполнитель: Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева

Резюме проекта

Ключевая задача проекта – разработка и промышленное внедрение технологии и реализующего ее оборудования для электролитно-плазменной обработки деталей, изготовленных с применением аддитивных технологий. Технология предназначена для снижения шероховатости внешних и внутренних открытых поверхностей деталей, выращенных методами селективного лазерного спекания/плавления и лазерной порошковой наплавки.

Обработанная деталь

Необработанная деталь

Особенности технологии
  • обеспечивает повышение класса шероховатости поверхности детали после обработки не менее чем на две единицы;
  • экологически безопасна: электролит не содержит в своем составе кислот и оснований;
  • допускается раздельная обработка внешней и внутренних поверхностей детали с использованием специальных насадок или приспособлений;
  • возможно применение комбинированных методик, например, подача ультразвуковых колебаний в зону обработки, улучшающих производительность процесса и его качественные характеристики.

Таким образом, по завершению проекта на аппаратном и технологическом уровне будет разработан комплекс с гибкой конфигурацией для электролитно-плазменной обработки изделий, изготовленных с применением аддитивных технологий.

Проект соответствует направлению дорожной карты «Технет» «Аддитивные технологии».

Проект получил финансовую поддержку Фонда содействия инновациям.

Целевые рынки для применения технологии

Основными целевыми потребителями оборудования и технологии для электролитно-плазменной поверхностной обработки изделий, изготовленных аддитивными методами, являются предприятия, использующие технологии селективного лазерного плавления/спекания (SLM/SLS) или прямого нанесения металла (DMD, LMD) для изготовления или ремонта сложнопрофильных деталей. Для предприятий двигателестроительной отрасли – это детали газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения: завихрители, смесители, топливные форсунки, горелки, лопатки компрессоров и турбин и т.д. Такие детали, как правило, имеют развитую поверхность и традиционными методами крайне сложно обрабатываются. Кроме продаж оборудования существует достаточно обширный рынок оказания инжиниринговых услуг по разработке технологий под конкретные изделия заказчика.

Другим перспективным целевым рынком для использования технологии является рынок технологий литья металлов, где качество поверхности также необходимо улучшать после производства заготовки.

Актуальность проекта

В современном аддитивном производстве важное значение имеют методы постобработки выращенных изделий, одной из основных задач которых является приведение поверхности изделия к заданному классу шероховатости, так как характерной особенностью поверхности деталей, изготовленных аддитивными методами, является ее повышенная шероховатость, вызванная применением в качестве исходного материала дискретного порошка.

Традиционные методы механической обработки таких поверхностей нередко неэффективны, поскольку профиль деталей может быть сложным, а твердость материала – высокой. Внешнюю поверхность таких изделий можно обрабатывать пескоструйными методами или электрополировкой, которые отличаются существенной неэкологичностью и эффективно обрабатывают только открытые участки поверхности изделий.

Альтернативой является известный метод электролитно-плазменной обработки, недавно предложенный для обработки изделий, выращенных методами 3D-печати. Сочетая высокую скорость обработки поверхности с низкой экологической опасностью используемых реагентов, этот метод обладает хорошей перспективой для применения в аддитивном производстве. В отличие от классических гальванических процессов, где процесс съема материала происходит в жидкой фазе однородно по всей поверхности, в этом методе обработка производится электрическим разрядом в парогазовой оболочке, окружающей обрабатываемое изделие. В результате усиление напряженности электрического поля вблизи локальных неоднородностей поверхности приводят к интенсификации процесса съема материала этих неоднородностей, то есть метод действует избирательно.

Благодаря этим особенностям электролитно-плазменная обработка изделий разрядом со статическим (непроточным) жидким электродом в настоящее время все больше применяется в промышленности.

Уникальность проекта

В отличие от существующего на рынке оборудования разрабатываемый комплекс будет оснащен приставками, обеспечивающими обработку внешних и внутренних поверхностей деталей с применением статичного и струйного жидкого электрода. Большое внимание будет уделено повышению безопасности работы с установкой: будет реализована гальваническая развязка от питающей сети электролитной ванны и обеспечена возможность ее надежного заземления, сама ванна будет помещаться в закрывающийся бокс с системой вытяжной вентиляции. Будет реализована дистанционная обработка детали с применением манипулятора, исключающего нахождение оператора вблизи ванны в процессе обработки.

Основное конкурентное преимущество создаваемого продукта – оборудования и технологии для электролитно-плазменной поверхностной обработки изделий, изготовленных аддитивными методами, – возможность прецизионной обработки внутренних открытых полостей деталей. Ультразвуковое воздействие, оказываемое на зону обработки, не только интенсифицирует процессы съема материала неоднородностей, но и усиливает проникновение разряда в каналы малого диаметра. Предлагаемые сейчас на рынке системы имеют предельно простую конструкцию и предназначены для массовой обработки внешних поверхностей деталей. Стабилизация режимов, как правило, отсутствует, что может сказаться на качестве обработанной поверхности. Ультразвуковое воздействие в процессе обработки также не осуществляется.

Компетенции и опыт команды

Команда проекта представляет собой сбалансированный коллектив с необходимыми для успешной работы компетенциями.

Сотрудники «ИННФОКУС» имеют большой опыт в сфере аддитивных технологий (моделирование, изготовление, постобработка), а также опыт по созданию высокотехнологичного производства с применением аддитивных технологий, опыт управления проектами разной сложности и коммерциализацией продуктов/услуг, что является важной предпосылкой успешной реализации проекта.

Сотрудники Казанского национального исследовательского технического университета имени А. Н. Туполева (КНИТУ КАИ) – организации-соисполнителя – являются одними из основателей направления электролитно-плазменной обработки материалов в СССР и РФ. Используя широкие компетенции и значительный опыт выполнения НИОКР они выполняют в проекте задачу по доработке технологии и успешному ее внедрению в разрабатываемое промышленное оборудование.

В распоряжении команды проекта – уникальный набор научного исследовательского оборудования, доступ ко всем типам установок для 3D-печати и всевозможным видам востребованной на рынке продукции, изготовленной с использованием аддитивных технологий и нуждающейся в решении задач по постобработке.

Инфраструктура проекта: «Технопарк Пермь» и лаборатории пермских университетов и КНИТУ КАИ.

Эффекты от реализации проекта

Рынок оборудования для аддитивного производства в последние годы развивается стремительными темпами. По данным Союза машиностроителей России, мировой рынок аддитивных технологий растет почти на 30% ежегодно. Ожидается, что в 2020 году он достигнет 10,8 млрд долларов.

В результате реализации проекта планируется достичь следующие цели:

  • повысить эффективность использования аддитивных технологий в машиностроительном производстве;
  • улучшить качество поверхности от 2 до 8 порядков;
  • повысить популярность аддитивных технологий;
  • повлиять на снятие ограничений на производство сложнопрофильных деталей.