Новый еженедельный дайджест мира АТ от F2 innovations за прошедшую неделю.
Наука
Пермские инженеры снизили массу авиационного насоса с помощью аддитивных технологий
Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали облегченный корпус топливного насоса, сократив массу на 38,5% за счет 3D печати и оптимизации конструкции. Это решение не только уменьшает вес, но и повышает надежность, упрощает производство и снижает стоимость. Новый насос сохраняет прочность при экстремальных нагрузках, что важно для безопасности полетов.
К авиационным шестеренным насосам предъявляются жесткие требования, так как они отвечают за подачу топлива к двигателям, и от их надежности и эффективности зависит безопасность всего воздушного судна, при этом эксплуатируются они в экстремальных условиях. Шестеренные насосы должны быть не только надежными и долговечными, но и легкими и компактными, что критично для самолетов, поднимающих в воздух сотни тонн. Меньший вес компонентов позволяет расходовать меньше топлива, снижать напряжения и износ деталей, продлевать сроки эксплуатации.
Большинство изделий сегодня делают по традиционным технологиям, что приводит к громоздким конструкциям с множеством деталей, избыточным весом и габаритами. Само производство долгое, сложное и требует больших затрат, так как для изготовления точных корпусов необходима длительная техническая подготовка. Набирает популярность изготовление с помощью 3D печати, однако возникает другая проблема: принтеры выращивают детали слой за слоем, и для некоторых отвесных участков требуются опорные структуры. После 3D печати их нужно удалять, но это повышает трудоемкость, а на местах удаления остаются следы, ухудшающие качество поверхностей.
Ученые Пермского политеха модернизировали конструкцию авиационного шестеренного насоса и технологию изготовления, что позволило снизить массу корпуса на 38,5%, а также сократить количество операций, необходимых для производства, с сорока до тридцати одной, время механической обработки — почти в четыре раза, а термической — в четыре с половиной. Исследование провели на примере конкретной модели, но эти методы можно применить и к другим гидравлическим агрегатам, сообщает пресс-служба вуза на портале Naked Science.
«Исходным объектом стал корпус шестеренного насоса массой шесть килограммов из алюминиевого сплава АК4-1. Этот материал широко применяется в ракетно-космической и авиационной промышленности, в том числе в пассажирском Ту-204/214. Его конструкция имела существенные недостатки — излишне толстые стенки, большое количество сверлений для внутренних каналов, необходимость в установке заглушек, высокая трудоемкость сборки и, как следствие, высокая стоимость производства. Эти факторы увеличивали вес, габариты и цену агрегата, а также снижали его надежность», — рассказал доцент кафедры инновационных технологий машиностроения ПНИПУ Евгений Гашев.
Исследователи использовали технологию 3D печати, причем конструкцию спроектировали с минимальным количеством поддерживающих металлических опор, что снизило трудоемкость постобработки и риск брака. Материал заменили аналогом — алюминиевым сплавом AlSi10Mg, обладающим лучшими прочностными характеристиками по сравнению с традиционным.
«В новой конструкции насоса мы отказались от клапана постоянного давления за счет перспективной конструкции клапана предохранительного, в котором высокое давление внутри обеспечивается без дополнительного узла. Также мы переместили клапан, фильтр и магнитную ловушку вредных металлических частиц в потоке — они установлены на выходе топлива. Это улучшило очистку рабочей жидкости и лучше распределило вес. Вместо громоздкого внешнего канала для перепуска топлива сделали компактный внутренний, а для сохранения прочности добавили пояс и ребра», — рассказал магистрант Высшей школы авиационного двигателестроения ПНИПУ Виталий Вишняков.
Все эти модификации снизили массу корпуса до 3,7 килограммов, то есть на 38,5%, а всего насоса — на 17%. При этом сохранена достаточная прочность для надежной эксплуатации в условиях высоких температур, давления и вибраций. Прочностной анализ подтвердил, что максимальные напряжения (247 МПа) и деформации (0,93%) находятся в допустимых пределах.
Подробнее: 3D Today.
К авиационным шестеренным насосам предъявляются жесткие требования, так как они отвечают за подачу топлива к двигателям, и от их надежности и эффективности зависит безопасность всего воздушного судна, при этом эксплуатируются они в экстремальных условиях. Шестеренные насосы должны быть не только надежными и долговечными, но и легкими и компактными, что критично для самолетов, поднимающих в воздух сотни тонн. Меньший вес компонентов позволяет расходовать меньше топлива, снижать напряжения и износ деталей, продлевать сроки эксплуатации.
Большинство изделий сегодня делают по традиционным технологиям, что приводит к громоздким конструкциям с множеством деталей, избыточным весом и габаритами. Само производство долгое, сложное и требует больших затрат, так как для изготовления точных корпусов необходима длительная техническая подготовка. Набирает популярность изготовление с помощью 3D печати, однако возникает другая проблема: принтеры выращивают детали слой за слоем, и для некоторых отвесных участков требуются опорные структуры. После 3D печати их нужно удалять, но это повышает трудоемкость, а на местах удаления остаются следы, ухудшающие качество поверхностей.
Ученые Пермского политеха модернизировали конструкцию авиационного шестеренного насоса и технологию изготовления, что позволило снизить массу корпуса на 38,5%, а также сократить количество операций, необходимых для производства, с сорока до тридцати одной, время механической обработки — почти в четыре раза, а термической — в четыре с половиной. Исследование провели на примере конкретной модели, но эти методы можно применить и к другим гидравлическим агрегатам, сообщает пресс-служба вуза на портале Naked Science.
«Исходным объектом стал корпус шестеренного насоса массой шесть килограммов из алюминиевого сплава АК4-1. Этот материал широко применяется в ракетно-космической и авиационной промышленности, в том числе в пассажирском Ту-204/214. Его конструкция имела существенные недостатки — излишне толстые стенки, большое количество сверлений для внутренних каналов, необходимость в установке заглушек, высокая трудоемкость сборки и, как следствие, высокая стоимость производства. Эти факторы увеличивали вес, габариты и цену агрегата, а также снижали его надежность», — рассказал доцент кафедры инновационных технологий машиностроения ПНИПУ Евгений Гашев.
Исследователи использовали технологию 3D печати, причем конструкцию спроектировали с минимальным количеством поддерживающих металлических опор, что снизило трудоемкость постобработки и риск брака. Материал заменили аналогом — алюминиевым сплавом AlSi10Mg, обладающим лучшими прочностными характеристиками по сравнению с традиционным.
«В новой конструкции насоса мы отказались от клапана постоянного давления за счет перспективной конструкции клапана предохранительного, в котором высокое давление внутри обеспечивается без дополнительного узла. Также мы переместили клапан, фильтр и магнитную ловушку вредных металлических частиц в потоке — они установлены на выходе топлива. Это улучшило очистку рабочей жидкости и лучше распределило вес. Вместо громоздкого внешнего канала для перепуска топлива сделали компактный внутренний, а для сохранения прочности добавили пояс и ребра», — рассказал магистрант Высшей школы авиационного двигателестроения ПНИПУ Виталий Вишняков.
Все эти модификации снизили массу корпуса до 3,7 килограммов, то есть на 38,5%, а всего насоса — на 17%. При этом сохранена достаточная прочность для надежной эксплуатации в условиях высоких температур, давления и вибраций. Прочностной анализ подтвердил, что максимальные напряжения (247 МПа) и деформации (0,93%) находятся в допустимых пределах.
Подробнее: 3D Today.
Американские ученые испытали 3D печатные стальные капсулы в активной зоне ядерного реактора
Капсулы, используемые в качестве контейнеров для различных образцов, провели один месяц в активной зоне исследовательского реактора HFIR (High Flux Isotope Reactor) Ок-Риджской национальной лаборатории, выдержав интенсивное нейтронное облучение.
Капсулы изготовлены методом лазерного синтеза на подложке из порошка нержавеющей стали марки 316H с высокой прочностью, коррозионной и радиационной стойкостью. Такие контейнеры обычно содержат образцы, повергаемые воздействию нейтронных потоков. Реактор HFIR как раз создан в качестве мощного нейтронного источника в научных целях.
Капсулы провели в активной зоне один месяц, за это время структура изделий не претерпела существенных изменений. Производство капсул для облучения топлива и научных образцов — трудоемкая и дорогостоящая процедура, заметно упрощаемая за счет применения аддитивных технологий. Исследователи также рассчитывают, что успешный эксперимент станет шагом к более широкому применению 3D печати в производстве других компонентов ядерных ректоров.
Подробнее: 3D Today.
Капсулы изготовлены методом лазерного синтеза на подложке из порошка нержавеющей стали марки 316H с высокой прочностью, коррозионной и радиационной стойкостью. Такие контейнеры обычно содержат образцы, повергаемые воздействию нейтронных потоков. Реактор HFIR как раз создан в качестве мощного нейтронного источника в научных целях.
Капсулы провели в активной зоне один месяц, за это время структура изделий не претерпела существенных изменений. Производство капсул для облучения топлива и научных образцов — трудоемкая и дорогостоящая процедура, заметно упрощаемая за счет применения аддитивных технологий. Исследователи также рассчитывают, что успешный эксперимент станет шагом к более широкому применению 3D печати в производстве других компонентов ядерных ректоров.
Подробнее: 3D Today.
Медицина
Пермские ученые определили оптимальную структуру 3D печатных костных имплантатов
В России ежегодно регистрируются 120-150 тысяч сложных переломов, 10-15 % которых требуют непростой реконструкции. Традиционные методы, такие как пересадка тканей, имеют недостатки — риск отторжения, нехватку донорского материала и сложность подбора. Альтернатива — биоразлагаемые 3D печатные скаффолды, поддерживающие кость и не требующие извлечения, однако они часто слишком жесткие или не повторяют естественную структуру, что может вызвать атрофию соседних тканей или поломку каркасов. Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета нашли конструкцию скаффолда, на 92,53 % соответствующую архитектуре человеческой кости, обеспечивающую естественное распределение нагрузок и ускоряющую восстановление.
При переломах, артрозах или после сложных операций для восстановления костей используют 3D печатные скаффолды — временные пористые каркасы из биорастворяемых материалов, например полилактида. Отверстия и ячейки в каркасах нужны для правильного прорастания клеток, доставки питательных веществ и кислорода. Восстанавливающиеся кости постепенно заменяют собой скаффолды, растворяющиеся в организме по мере выздоровления. Это помогает избегать повторных хирургических вмешательств.
Одно из главных требований к таким каркасам — они не должны уступать тканям по жесткости. Если имплантат слишком мягкий, он не выдержит нагрузки, которые обычно принимает реальная кость — вес тела, движение и так далее. Из-за этого могут возникать деформации, микротрещины или преждевременное разрушение скаффолда до восстановления тканей, ухудшится сам процесс срастания и увеличится риск воспаления.
«Показатель, который определяет, насколько кость жесткая и сопротивляется деформации под нагрузкой, называется модулем упругости. Для правильного процесса выздоровления модуль упругости скаффолда должен быть схож с натуральной костью. Это зависит, в том числе, от вида имплантата, который вживляют пациенту», — рассказала младшая научная сотрудница лаборатории механики биосовместимых материалов и устройств ПНИПУ Юлия Пирогова.
Ученые Пермского политеха изготовили на 3D принтере образцы каркасов из полилактида, провели испытания на сжатие и сравнили результаты с показателями настоящих костных тканей, сообщает пресс-служба вуза на портале Naked Science.
Подробнее: 3D Today.
При переломах, артрозах или после сложных операций для восстановления костей используют 3D печатные скаффолды — временные пористые каркасы из биорастворяемых материалов, например полилактида. Отверстия и ячейки в каркасах нужны для правильного прорастания клеток, доставки питательных веществ и кислорода. Восстанавливающиеся кости постепенно заменяют собой скаффолды, растворяющиеся в организме по мере выздоровления. Это помогает избегать повторных хирургических вмешательств.
Одно из главных требований к таким каркасам — они не должны уступать тканям по жесткости. Если имплантат слишком мягкий, он не выдержит нагрузки, которые обычно принимает реальная кость — вес тела, движение и так далее. Из-за этого могут возникать деформации, микротрещины или преждевременное разрушение скаффолда до восстановления тканей, ухудшится сам процесс срастания и увеличится риск воспаления.
«Показатель, который определяет, насколько кость жесткая и сопротивляется деформации под нагрузкой, называется модулем упругости. Для правильного процесса выздоровления модуль упругости скаффолда должен быть схож с натуральной костью. Это зависит, в том числе, от вида имплантата, который вживляют пациенту», — рассказала младшая научная сотрудница лаборатории механики биосовместимых материалов и устройств ПНИПУ Юлия Пирогова.
Ученые Пермского политеха изготовили на 3D принтере образцы каркасов из полилактида, провели испытания на сжатие и сравнили результаты с показателями настоящих костных тканей, сообщает пресс-служба вуза на портале Naked Science.
Подробнее: 3D Today.
Общество
Мурманские студенты создали модель шняки для кольского музея
Студенты-кораблестроители Мурманского арктического университета создали точную 3D печатную модель традиционного поморского судна для Музея истории города Колы. В основу макета легли исторические чертежи и материалы по традиционному кораблестроению Русского Севера.
Инициатива реализована в рамках факультативной дисциплины «Обучение служением» на втором курсе направления «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры», сообщает пресс-служба вуза. Суть подхода — в решении студентами реальных задач для социальных заказчиков — бюджетных организаций, некоммерческих организаций и культурных учреждений.
«Два самых активных студента образовали микрогруппу. Один из них увлекался судомоделированием еще до поступления и имел личный 3D принтер с материалами. Когда после теоретического блока мы начали искать идею для проекта, эти «пазлы» сложились. У нас имеются тесные контакты с Музеем истории города Колы, и мы знали о нехватке экспонатов подобного рода. Так родился социальный заказ: создать модель исторического судна для музея», — рассказал доцент Василий Воронов,
Студенты проанализировали чертежи и изображения различных поморских судов, остановившись на шняке, а затем провели 3D моделирование и 3D печать. Готовая модель уже заняла почетное место на выставке «Город-крепость: история Кольского острога», посвященной 460-летию Колы. Вскоре она станет частью постоянной экспозиции музея.
Подробнее: 3D Today.
Инициатива реализована в рамках факультативной дисциплины «Обучение служением» на втором курсе направления «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры», сообщает пресс-служба вуза. Суть подхода — в решении студентами реальных задач для социальных заказчиков — бюджетных организаций, некоммерческих организаций и культурных учреждений.
«Два самых активных студента образовали микрогруппу. Один из них увлекался судомоделированием еще до поступления и имел личный 3D принтер с материалами. Когда после теоретического блока мы начали искать идею для проекта, эти «пазлы» сложились. У нас имеются тесные контакты с Музеем истории города Колы, и мы знали о нехватке экспонатов подобного рода. Так родился социальный заказ: создать модель исторического судна для музея», — рассказал доцент Василий Воронов,
Студенты проанализировали чертежи и изображения различных поморских судов, остановившись на шняке, а затем провели 3D моделирование и 3D печать. Готовая модель уже заняла почетное место на выставке «Город-крепость: история Кольского острога», посвященной 460-летию Колы. Вскоре она станет частью постоянной экспозиции музея.
Подробнее: 3D Today.
