Проект направлен на преодоление технологического разрыва между традиционными методами производства критически важных деталей горно-проходческого оборудования и современными возможностями аддитивных технологий. В фокусе проекта — разработка и экспериментальное обоснование полного технологического цикла изготовления лопастей проходческого агрегата методом 3D-печати, обеспечивающего требуемые эксплуатационные характеристики (износостойкость, прочность, геометрическую точность). Мы стремимся заменить материалоемкие и длительные процессы литья и механообработки на гибкое, высокоавтоматизированное аддитивное производство, позволяющее создавать детали сложной аэрогидродинамической формы с минимальными отходами.

Актуальность
Горнодобывающая промышленность остается одной из ключевых отраслей отечественной экономики, особенно в условиях импортозамещения и необходимости технического перевооружения. Лопасти проходческих агрегатов являются критически важными элементами, определяющими эффективность разрушения горной породы и производительность всего комплекса. Однако существующие технологии их изготовления (литье, ковка с последующей механической обработкой) характеризуются длительным производственным циклом, высокой стоимостью оснастки, значительными потерями материала (коэффициент использования металла часто не превышает 0,3–0,5) и ограничениями по реализации сложных профилей, оптимальных с точки зрения гидро- и аэродинамики. Отсутствие гибких и быстрых технологий производства лопастей сдерживает темпы обновления парка горной техники и повышения эффективности горных работ. Таким образом, разработка научно обоснованной технологии аддитивного производства лопастей, адаптированной к условиям горного машиностроения, является критически важной задачей для повышения конкурентоспособности отрасли.

Цель проекта
Разработка, экспериментальное исследование и внедрение технологического процесса изготовления лопастей проходческого агрегата методом аддитивного производства, обеспечивающего требуемые физико-механические свойства, геометрическую точность и эксплуатационную надежность изделий при сокращении производственного цикла и материалоемкости.

Задачи проекта

1. Провести анализ эксплуатационных нагрузок и требований к лопастям проходческих агрегатов, определить критические зоны износа и требования к материалу (твердость, ударная вязкость, предел прочности).
2. Выполнить топологическую оптимизацию конструкции лопасти с использованием методов компьютерного инжиниринга (САЕ-системы) для снижения массы при сохранении прочностных характеристик и адаптации геометрии под аддитивное производство.
3. Разработать 3D-модель лопасти в отечественной или зарубежной САПР и провести виртуальное тестирование различных вариантов внутренней структуры (заполнения) для обеспечения баланса прочности и массы.
4. Обосновать выбор материала и технологии печати (прямой лазерный синтез металлических порошков, электронно-лучевая плавка или иные методы), обеспечивающих получение бездефектной структуры с заданными свойствами.
5. Провести многофакторный эксперимент по 3D-печати тестовых образцов с варьированием ключевых параметров (мощность лазера, скорость сканирования, толщина слоя, стратегия обхода, термическая обработка) для отработки режимов.
6. Изготовить опытную партию лопастей на промышленном аддитивном оборудовании и выполнить комплекс исследований качества: металлографический анализ, измерение твердости и шероховатости, механические испытания (статическая и усталостная прочность), контроль геометрической точности.
7. Разработать технологическую документацию (технологический регламент, инструкции) для внедрения процесса в условиях ремонтно-механических служб горных предприятий или специализированных производств.

Ключевыми направлениями деятельности проекта являются:

• Топологическая оптимизация и реинжиниринг: Анализ существующих конструкций лопастей, выявление резервов для снижения материалоемкости и создание новой геометрии, максимально адаптированной под послойный синтез.
• Материаловедение и порошковая металлургия: Исследование свойств металлических порошков (гранулометрический состав, текучесть), пригодных для печати износостойких изделий, и отработка режимов спекания/плавления для получения беспористой структуры.
• Технологический эксперимент: Проведение серии контролируемых запусков печати с документированием всех изменяемых параметров и последующим анализом полученных микроструктур.
• Метрология и контроль качества: Применение методов 3D-сканирования для сравнения напечатанных лопастей с эталонными моделями, проведение разрушающих и неразрушающих методов контроля (рентгеновская tomography, ультразвуковой контроль).
• Постобработка и финишная доводка: Разработка режимов термической обработки (отжиг, старение) для снятия внутренних напряжений и механической обработки посадочных мест для обеспечения собираемости с узлами агрегата.

Реализация проекта позволит:

• Сократить производственный цикл изготовления лопастей в 2–3 раза за счет исключения этапов изготовления литейной оснастки и снижения доли механообработки.
• Повысить коэффициент использования материала (до 0,8–0,9), минимизировав отходы дорогостоящих легированных сталей и сплавов.
• Реализовать внутренние структуры (решетчатые, ячеистые), недостижимые при литье или фрезеровании, что позволяет снизить массу лопасти без потери прочности (до 20–30%).
• Обеспечить возможность быстрой модернизации и ремонта оборудования: оперативное изготовление запасных частей по цифровой модели без необходимости длительного хранения физического складского запаса.
• Создать научно-технический задел для аддитивного производства широкой номенклатуры запасных частей для горно-шахтного оборудования.

Ожидаемые результаты и коммерческие перспективы
Основным результатом станет «Технологический регламент (производственная инструкция) по аддитивному изготовлению лопастей проходческого агрегата», включающий:

• Верифицированную 3D-модель лопасти оптимизированной конструкции.
• Карту технологических настроек 3D-принтера (режимы печати) для конкретного материала и типа оборудования.
• Результаты стендовых и промышленных испытаний опытной партии.
• Технико-экономическое обоснование эффективности замены традиционной технологии на аддитивную.

Коммерческие и стратегические результаты:

• Снижение себестоимости единицы продукции: За счет экономии материала (отсутствие литников, прибылей, стружки) и сокращения времени механической обработки.
• Сокращение складских запасов: Переход от хранения физических запасных частей к хранению цифровых моделей и производству «по требованию» (manufacturing on demand).
• Коммерциализация: Возможность организации собственного участка аддитивного производства для оказания услуг горнодобывающим предприятиям региона. Продажа лицензий на технологию машиностроительным заводам, выпускающим проходческую технику.
• Импортозамещение: Снижение зависимости от поставок импортных запасных частей для горной техники, создание ремонтопригодного парка оборудования.
• Стратегический эффект: Внедрение технологий Индустрии 4.0 в одну из базовых отраслей экономики — горную добычу, повышение ее технологической независимости и эффективности.

На страницу проекта