Научные исследования

Резюме проекта, выполняемого в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы»

Тема: «Аддитивные производственные технологии создания ультралегких структур с заданными функциональными свойствами (GeRusAM)»

Номер Соглашения 05.616.21.0126 от 22.04.2020

Период выполнения: 22.04 .2020 - 30.11.2020 г.г.

Иностранный партнер проекта: Институт легких конструкций и полимерных материалов Технического университета г. Дрездена (Institut fur Leichtbau und Kunststofftechnik Technische Universitat Dresden), Германия

Ключевые слова: аддитивно е производство, композиционные материалы, термопласты, легкие конструкции, стержневой заполнитель, направленная укладка волокна, непрерывно е армирование

Цель проекта: Создание эффективных методов производства легких конструкций со стержневой структурой, обладающих высокой весовой эффективностью, с использованием аддитивных процессов направленной выкладки непрерывных армирующих волокон и термопластичных материалов. Расширение международного партнерства между Россией и Германией в целях проведения совместных исследований перспективных технологий в области аддитивного производства функциональных композитных легких конструкций.

Основные результаты проекта: Разработаны новые конструктивно-технологические решения изготовления стержневых заполнителей, в том числе с новыми архитектурными формами на базе складчатых структур, обеспечивающих высокие прочностные характеристики заполнителю. Проведены расчетные исследования по определению оптимальных конструктивных параметров заполнителей с плотностью от 20 до 50 кг/куб.метр. Определены технологические ограничения по реализации процесса термотрансформирования стержневых структур из направлено-армированного термопласта и разработан лабораторный технологический регламент их изготовления. Проведенные экспериментальные исследования показали возможность создания ультралегких конструкций c высокой удельной прочностью. Обоснован выбор материала для получения стержневых структур на базе непрерывных углеродных волокон и термопластичных матриц. Определены термомеханические характеристик материалов для определения технологических ограничений и возможности их преобразования из плоской заготовки в объемную деталь. Изготовлены образцы материалов и стержневых структур на базе углеродного волокна и полиамидной матрицы. Результаты работ обсуждены в рамках onlain-семинара с Иностранным партнером проекта. Анализ работ по казал применимость аддитивных методов со здания направленно - армированных структур и их преобразования в легкие стержневые конструкции с высокой удельной прочностью и жесткостью. Технологический процесс, разработанный в рамках данного проекта, позволяет реализовать высокопроизводительный метод формования стержневых конструкций из направленно-армированных термопластов. Данный процесс основан на комбинации методов аддитивной печати непрерывными армирующими материалами и их термотрансформирования в объемную конструкцию. Такая технология особенно интересна для получения ультралегких структур с объемной плотностью от 10 до 30 кг/м3, в которых эффективно реализованы прочностные и упругие характеристики композиционных материалов. Данный способ обладает новизной, так как в известных нам источниках не обнаружено сведений о комбинации методов аддитивного создания стержневых структур, армированных непрерывными волокнами, и дальнейшем их трансформировании в объемные конструкции. Полученные результаты соответствуют требованиям, предъявляемым к данному проекту. Основным эффектом от внедрения результатов проекта является создание альтернативных видов легких заполнителей, отличающихся высокой вариативностью форм и возможностью программирования их функциональных свойств. Использование таких структур в конструкции космических аппаратов может способствовать снижению веса и, как следствие, повышению весовой и экономической эффективности вывода полезной нагрузки на орбиту.

В рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки получены следующие охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД):

• - Полезная модель патент № 200914 «стержневой заполнитель многослойной панели», РФ;
• - Полезная модель заявка № 2020120610 от 16.06.2020 «Стержневой заполнитель многослойной панели», РФ;
• - Полезная модель заявка № 2020125318 от 21.07.2020 «Стержневой заполнитель многослойной панели», РФ;
• - Полезная модель заявка № 2020125319 от 21.07.2020 «Стержневой заполнитель многослойной панели», РФ.

Результаты настоящего проекта могут быть использованы при создании новых конструкций и технологий производства стержневых заполнителей из направленно-армированных композиционных материалов с термопластичной матрицей, отличающихся малой объемной плотностью. Основной областью применения результатов проекта является авиа-космическая отрасль.