ПРИМЕНЕНИЕ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОЕНИИ: ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются актуальные вопросы внедрения аддитивных технологий в практику современного машиностроительного производства. Проведен анализ технологических возможностей электродугового выращивания (WAAM) как перспективного метода изготовления ответственных деталей. На примере производства крыльчаток центробежных компрессоров показаны преимущества аддитивного подхода по сравнению с традиционной механической обработкой. Обоснована экономическая эффективность применения данных технологий в условиях современного промышленного производства.

Ключевые слова: аддитивные технологии; машиностроение; WAAM; электродуговое выращивание; крыльчатка; коэффициент использования материала; импортозамещение.

Машиностроительный комплекс традиционно выступает фундаментом промышленного развития национальной экономики, обеспечивая воспроизводство основных производственных фондов и технологическую независимость государства. Современный этап развития отрасли характеризуется активным поиском новых технологических решений, способных повысить эффективность производства, снизить материалоёмкость и себестоимость выпускаемой продукции.

Одним из наиболее динамично развивающихся направлений технологической модернизации машиностроения выступают аддитивные технологии — методы послойного формирования изделий на основе цифровых моделей. Согласно данным современных исследований, применение аддитивных технологий в машиностроении позволяет сократить производственный цикл изготовления сложнопрофильных деталей в несколько раз, а также существенно повысить коэффициент использования материала.

Целью настоящей работы является анализ перспектив применения технологий электродугового выращивания в отечественном машиностроении на примере производства деталей энергетического оборудования.

Технологические возможности аддитивных методов в машиностроении. Современное машиностроительное производство предъявляет высокие требования к точности, надёжности и эксплуатационным характеристикам выпускаемых изделий. Особое место среди них занимают детали ответственного назначения, работающие в условиях интенсивных нагрузок, высоких температур и агрессивных сред. Традиционные методы изготовления подобных деталей, основанные на механической обработке массивных заготовок, обладают рядом существенных недостатков. Ключевой проблемой выступает низкий коэффициент использования материала (КИМ), который в ряде случаев не превышает… Это означает, что до… дорогостоящего металла превращается в стружку, что ведёт к неоправданным материальным затратам и удорожанию конечной продукции.

Аддитивные технологии предлагают принципиально иной подход к формообразованию деталей: вместо удаления лишнего материала из массива заготовки происходит послойное добавление материала в соответствии с цифровой моделью изделия. Это позволяет достичь принципиально иного уровня эффективности использования сырья[1].

Наиболее перспективным методом для производства крупногабаритных деталей ответственного назначения в настоящее время признаётся технология электродугового выращивания (WAAM — Wire Arc Additive Manufacturing). Сущность метода заключается в плавлении металлической проволоки за счёт энергии электрической дуги и послойном переносе расплавленного металла для формирования заготовки изделия. Ключевыми технологическими параметрами, определяющими качество получаемого изделия при электродуговом выращивании, выступают скорость движения горелки, скорость подачи проволоки, мощность дуги, а также состав металла проволоки и защитного газа. Выверенное сочетание указанных параметров обеспечивает требуемую прочность и точность формируемой детали.

Практический опыт применения электродугового выращивания. Наглядным примером эффективности аддитивных технологий в машиностроении служит опыт изготовления крыльчаток центробежных компрессоров, выполненных специалистами Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Крыльчатка представляет собой сложнопрофильную деталь, являющуюся ключевым элементом центробежных компрессоров, перекачивающих агрегатов и насосов. Данные устройства широко применяются в энергетической отрасли, в частности для перемещения газа по магистральным газопроводам.

При традиционном способе производства масса исходной заготовки крыльчатки в семь раз превышает массу готовой детали. Инженеры вынуждены механически удалять значительные объёмы металла, превращая большую часть дорогостоящего материала в стружку. Такой подход не только увеличивает себестоимость продукции, но и существенно удлиняет производственный цикл.

Применение технологии электродугового выращивания позволило получить заготовку крыльчатки, превышающую по массе конечное изделие всего на… Таким образом, коэффициент использования материала достиг значения…, что в шесть раз превышает показатель традиционного метода. Изготовленный образец успешно прошёл серию стендовых испытаний, условия которых были аналогичны эксплуатационным: крыльчатку раскручивали до… тысяч оборотов в минуту. Последующее трёхмерное сканирование показало отсутствие отклонений геометрии испытанной детали от цифровой модели, что подтверждает надёжность предложенного технологического решения.

Экономическая эффективность и перспективы внедрения. Экономическая эффективность применения аддитивных технологий в машиностроении обусловлена несколькими ключевыми факторами. Во-первых, существенное сокращение материальных затрат за счёт повышения коэффициента использования материала: для деталей из дорогостоящих конструкционных сплавов экономия может достигать значительных сумм, особенно при серийном производстве. Во-вторых, сокращение длительности производственного цикла: отсутствие необходимости в черновой механической обработке больших объёмов материала позволяет существенно ускорить процесс изготовления готовой продукции. В-третьих, возможность быстрой переналадки производства при переходе на выпуск новых модификаций изделий. Цифровое управление процессом выращивания позволяет оперативно вносить изменения в конструкцию детали без замены дорогостоящей оснастки[2].

Важно отметить, что разработанные технологии могут быть внедрены на существующих российских производственных линиях без необходимости их значительной перестройки. Это существенно снижает инвестиционные барьеры для предприятий, рассматривающих возможность модернизации производства.

Можно сделать вывод, что проведённый анализ свидетельствует о значительном потенциале аддитивных технологий как инструмента технологической модернизации отечественного машиностроения. Опыт применения электродугового выращивания для производства крыльчаток центробежных компрессоров демонстрирует принципиальную возможность достижения высоких показателей эффективности использования материала при сохранении требуемых эксплуатационных характеристик изделий.

Дальнейшее развитие данного направления требует расширения спектра отрабатываемых материалов, оптимизации технологических режимов для различных типов деталей, а также подготовки инженерных кадров, владеющих методами цифрового проектирования и управления аддитивными процессами. Интеграция аддитивных технологий в традиционное машиностроительное производство представляется одним из наиболее перспективных путей повышения конкурентоспособности отечественной промышленности в условиях современных экономических вызовов.

Список литературы:

1. М.В. Терехов, Л.Б. Филиппова, А.А. Мартыненко. Аддитивные технологии: лабораторный практикум [Электронный ресурс]. – 2018. – 74 с. – URL: https://znanium.ru/catalog/product/1860049 (дата обращения: 27.09.2026).
2. С.Г. Баранчикова, Т.Е. Дашкова, И.В. Ершова. Экономическая эффективность технических решений: учебное пособие [Электронный ресурс]. – 2016. – 140 с. – URL: https://znanium.com/catalog/product/1945208 (дата обращения: 27.09.2026).