Вырастить крыло самолёта. Как пермяки автоматизировали 3D-печать деталей

Пермские учёные совместно с коллегами из Мексики автоматизируют 3D-печать деталей для самолётов, ракет и судов. В чём особенности разработки и что она даст?

Над проектом работают исследователи Пермского политеха и Автономного университета штата Коауила (Мексика). Они создают методику, которая позволит автоматизировать процесс «выращивания» деталей для разного вида транспорта – ракетного, авиационного, водного.

Онлайн-тандем

Наработки в этой сфере есть. Но вариант, над которым работают учёные, уникален. Сейчас нет технологий, которые бы точно рассчитывали необходимые параметры печати изделий. Одна из наиболее перспективных аддитивных технологий – проволочная наплавка, при которой металлическую деталь формируют послойно.

«Все существующие системы позволяют увидеть результат наплавки при выбранных параметрах технологических процессов. То есть пользователь получает не требуемые параметры для обеспечения качественного сплавления, а, в большинстве случаев, результат ошибочного их выбора с визуализацией возможных участков возникновения дефектов. Необходимо переходить от парадигмы «Попробуй – и увидишь, получится ли!» к «Возьми эти параметры – и качество обеспечено!». Это решение обратной задачи. И специалистов в данной области можно пересчитать по пальцам на руках. Алгоритм решения пришёл нам в голову в 2019 г., и теперь нашёл своё развитие в проекте», – рассказал инженер Центра коллективного пользования «Центр аддитивных технологий» Пермского политеха Роман Давлятшин.

Исследователи создают разработку благодаря уникальному проекту международных исследовательских групп (МИГов). Но, по словам Романа, они начали работать ещё до написания совместной заявки на грант.

«На одну из наших научных публикаций ответил учёный из Мексики с предложением о совместной работе. Обсудили несколько идей, появился совместный проект. Профессор из Мексики выступает в качестве эксперта по бессеточным методам», – вспоминает инженер.

Сотрудничество с исследователями из другой страны в формате онлайн  наших учёных не смущает.

«В последнее время мы все привыкли к удалённым формам совместной работы. Даже с коллегами из нашего университета мы часто проводим теперь совещания онлайн вместо очных встреч. С нашим профессором из Мексики регулярно проходят мастер-классы. Мы обсуждаем проект посредством видеоконференцсвязи на английском языке».

Меньше затрат

Особенность разработки наших и мексиканских учёных – в объединении уникального алгоритма оптимизации параметров и применения бессеточного метода (метода гидродинамики сглаженных частиц) для моделирования процессов аддитивного производства.

«Мы считаем, что бессеточные методы обладают огромным потенциалом, который ещё не раскрыт. Их применяют для расчётов течения воды в компьютерных играх в реальном времени. Для сравнения: подобные расчёты традиционными методами занимали бы в десятки, а то и в сотни раз больше времени, – поясняет Роман. – Результатом работы будет компьютерная программа, в которой пользователь сможет ввести необходимые параметры и запустить моделирование процесса проволочной наплавки или внести 3D-модель изделия, и получить оптимальные параметры наплавки. Использование 3D-печати позволит создавать детали с меньшими временными и материальными затратами».

Учёные уже создали математическую модель процесса проволочной наплавки. Сейчас идёт этап так называемой численной реализации этой модели и её верификации.

«То есть этап сравнения результатов численного и натурного моделирования, – объясняет Роман. – Затем будем приступать к оптимизации программы, чтобы повысить её производительность».

Исследователи говорят, что стоимость печати крупногабаритных металлических деталей начинается от 500 тыс. руб. за штуку и может достигать нескольких сотен тысяч долларов! Поэтому так важна их разработка: она поможет исключить возможный брак и сэкономить на этом деньги.