ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 658.562, 005.6, 621.762.06, 621.763
DOI: 10.18503/1995-2732-2026-24-2-115-126
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Внедрение аддитивных технологий в производство требует обеспечения высокой производительности при стабильно высоком качестве продукции. Прямое лазерное выращивание (ПЛВ) представляет собой перспективную технологию для изготовления крупногабаритных деталей сложной геометрии из порошковых материалов в ракетно-космической отрасли, что позволяет отказаться от традиционных подходов. Данная технология относится к классу аддитивных методов 3D-печати металлических изделий с прямым подводом энергии и материала. Однако процесс ПЛВ характеризуется высокой чувствительностью к технологическим параметрам, что может приводить к разбросу физико-механических свойств и образованию дефектов, таких как поры. Существующие методы постпроцессного контроля готовых изделий не позволяют прогнозировать и предотвращать возникновение дефектов, а также зачастую экономически неэффективны. Цель работы. Проведение анализа причинно-следственных связей, обуславливающих возникновение пор, для обеспечения гарантированного качества крупногабаритных изделий, изготавливаемых методом ПЛВ. Используемые методы. Комплексное управление качеством деталей, основанное на системном и процессном подходах с применением инструментов качества – диаграммы Исикава, диаграммы Ганта, экспертного метода МСА, а также метрологического обеспечения производства. Новизна. Применение комплексного подхода управления качеством на всех этапах жизненного цикла производства крупногабаритных изделий (диаметром более 2000 мм и высотой более 1500 мм), направленного на обеспечение требуемого качества и установление оптимальных технологических параметров для метода ПЛВ. Результат. В работе представлены результаты экспериментального исследования влияния технологических параметров на свойства изделий из алюминиевого порошка марки РС-320. На основе проведенных исследований по рекомендованным технологическим режимам методом прямого лазерного выращивания была изготовлена обечайка корпуса летательного аппарата в виде тонкостенного полого цилиндра «с ребрами жесткости вафельного типа». Практическая значимость. ПЛВ расширяет технологические и конструкторские возможности за счет значительного повышения производительности (приблизительно в 10 раз), возможности изготовления сложнопрофильных крупногабаритных конструкций, автоматизации процесса, улучшения эксплуатационных свойств готовой продукции и снижения массы при сохранении прочностных характеристик. Внедрение сквозного контроля на всех этапах производства позволяет гарантировать стабильное качество выпускаемой продукции.
Ключевые слова
Прямое лазерное выращивание (ПЛВ), управление качеством крупногабаритных металлических изделий, диаграмма Исикавы, диаграмма Ганта, метод MСA.
Для цитирования
К вопросу о качестве крупногабаритных сложнопрофильных деталей из алюминиевых сплавов, полученных методом прямого лазерного выращивания / Михеева Н.В., Тимофеев А.Н., Логачёва А.И., Басков Ф.А., Воейко О.А. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2026. Т. 24. №2. С. 115-126. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2026-24-2-115-126
1. Свидерский В.П. Разработка технологического обеспечения изготовления тонкостенных крупногабаритных корпусных деталей летательных аппаратов с применением комбинированной деформирующей обработки: автореферат дис. ... д-ра техн. наук : 05.07.02 / Рос. гос. технол. ун-т им. К.Э. Циолковского (МАТИ). Москва, 2004. 37 с.
2. Вильданов А.М. Исследование особенностей формирования макродефектов объемной лазерной наплавки и разработка метода получения бездефектных наплавленных слоев: дис. ... канд. техн. наук : 2.5.8. / Вильданов Артур Маратович; ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет». Санкт-Петербург, 2022. 129 с.
3. Беленький А.Н., Карасев Д.В., Тихонова Н.А. Развитие современной ракетно-космической отрасли: роль научно-технических инноваций // Молодой ученый. 2016. № 20 (124). С. 124-127. URL: https://moluch.ru/archive/124/34155
4. Распоряжение Правительства РФ от 05.11.2020 № 2869-р (ред. от 21.10.2024) «Об утверждении Стратегии развития станкоинструментальной промышленности на период до 2035 года».
5. Батрутдинов Р.Г., Сысоев С.К. Технология изготовления вафельного фона в обечайках летательных аппаратов // Актуальные проблемы авиации и космонавтики». 2011. Т.1. №7. С. 7-8.
6. Кузнецов С.В. Актуальный репортаж: Интервью генерального конструктора ГКНПЦ им. М.В. Хруничева. 02.03.2020. http://www.khrunichev.ru/main.php?id=3&nid=3794
7. Захаров В.И. Взаимозаменяемость, качество продукции и контроль в машиностроении: общие сведения, ЕСДП СЭВ, приборы и калибры, госприемка. Л.: Лениздат, 1990. 302 c.
8. Campbell T.A., Ivanova O.S. Additive manufacturing as a disruptive technology: implications of three-dimensional printing // Technol. Innov. 2013, no. 15 (1), pp. 67-79.
9. Qualification and certification of metal additive manufactured hardware for aerospace applications / R. Russell, et al. // Additive Manufacturing for the Aerospace Industry, Elsevier. 2019, pp. 33-66.
10. Gibson I., Rosen D., Stucker B. Additive manufacturing technologies: 3D printing, rapid prototyping, and direct digital manufacturing, second edition, Springer New York, New York, NY, 2015.
11. Murr L.E. Handbook of Materials Structures, Properties, Processing and Performance, Springer International Publishing, Cham, 2015.
12. Bikas H., Stavropoulos P., Chryssolouris G. Additive manufacturing methods and modelling approaches: a critical review // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2016, no. 83 (1-4), pp. 389-405.
13. Распоряжение Правительства РФ от 14.07.2021 № 1913-р (ред. от 21.10.2024) «Об утверждении Стратегии развития аддитивных технологий в Российской Федерации на период до 2030 года».
14. Елисеева О.В., Беляев Н.Д. Технология прямого лазерного выращивания элементов узла уплотнения дейдвудного устройства // Оригинальные исследования (ОРИС). 2023. № 3. С. 243-250.
15. Прямое лазерное выращивание – прорыв в изготовлении крупногабаритных изделий / Туричин Г.А., Скляр М.О., Бабкин К.Д., Климова-Корсмик О.Г., Земляков Е.В. // Аддитивные технологии. 2017. №3. С. 32-35.
16. Боровков А.И. Деловой форум «Стратегия России», доклад «Цифровая трансформация высокотехнологичной промышленности: новые бизнес-процессы и бизнес-модели на основе цифровых двойников».
17. ГОСТ Р 59035 – 2020. Аддитивные технологии. Металлопорошковые композиции. Общие требования.
18. Особенности получения качественных изделий из титановых сплавов, изготовленных технологией прямого лазерного выращивания / М.О. Гущина, О.Г. Климова-Корсмик, С.А. Шальнова, А.М. Вильданов, Е.А. Валдайцева // Фотоника. 2019. Т. 13. № 8. С. 722-735.
19. Исследование влияния параметров процесса 3D-наплавки проволочных материалов на формирование остаточных деформаций / Сметанников О.Ю., Максимов П.В., Трушников Д.Н., Пермяков Г.Л., Беленький В.Я., Фарберов А.С. // Вестник ПНИПУ. Механика. 2019. №2. С. 181-194.
20. Subin Antony Jose, Jordan Jackson, Jayden Foster, Terrence Silva, Ethan Markham, Pradeep L. Menezes. In-Space Manufacturing: Technologies, Challenges, and Future Horizons. 5 March 2025. https://www.mdpi.com/2504-4494/9/3/84
21. Quality Glossary Definition: Gantt chart. What is a Gantt Chart? https://asq.org/quality-resources/gantt-chart
22. Development of laser metal deposition process for a large IN625 part using small 125 trial samples / Babkin Konstantin, Kovchik Anton, Arkhipov Andrey, Gushchina Marina // 11th CIRP Conference on Photonic Technologies [LANE 2020] on September 7-10, 2020. Procedia CIRP. 2020, 94, 310-313. 10.1016/j.procir.2020.09.058.
23. Еремеев А.Д. Особенности формирования структуры и механические свойства металла при лазерной наплавке алюминиевых сплавов: дис. … канд. техн. наук. СПб., 2022. 132 с.
24. Технологические основы высокоскоростного прямого лазерного выращивания изделий методом гетерофазной порошковой металлургии / Г. Туричин, О. Климова, Е. Земляков и др. // Фотоника. 2015. № 4 (52). С. 68-83.
25. https://asq.org/quality-resources/fishbone
26. Авиационные материалы: справочник. В 9 т. Т. 4. Алюминиевые и бериллиевые сплавы / [подгот. Н.А. Аристова, В.П. Батраков, В.Ф. Беренсон и др.]; науч. ред. д. т. н. М.Б. Альтман. М., 1986. 132 с.
27. Компания «Формунг». Изготовление деталей для космической отрасли. https://formung.ru/space?ysclid=mh84e4t0um279191025
28. Казаков М.С. Улучшение структуры и свойств алюминиевых сплавов для изделий перспективной ракетно-космической техники совершенствованием режимов технологических воздействий : автореф. дис. ... канд. техн. наук : 2.6.17 / Казаков Михаил Сергеевич; ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет». Самара, 2023. 21 с. : ил.
29. ТУ 24.42.00-002-44669951-2019. Порошок из сплава на основе алюминия. Технические условия.
30. ГОСТ 19440 – 94. Порошки металлические. Определение насыпной плотности. Ч. 1. Метод с использованием воронки. Ч. 2. Метод волюмометра Скотта.
31. ГОСТ 20899 – 98 (ИСО 4490-78). Порошки металлические. Определение текучести с помощью калиброванной воронки (прибора Холла).
32. https://research.unl.pt/ws/portalfiles/portal/96582884/Advancing_Sustainable_Decision_Making_in_Additive_Manufacturing.pdf
33. ГОСТ 1497–2023. Металлы. Методы испытаний на растяжение.