Details

Данная выпускная квалификационная работа посвящена разработке цифровой модели рабочего колеса микрогазотурбинного двигателя, её численному анализу, топологической оптимизации и подготовке к аддитивному производству методом селективного лазерного плавления (СЛП) из жаропрочного никелевого сплава Inconel 718. Работа включает как теоретическое исследование, так и практическое моделирование, охватывающее все стадии — от конструирования до виртуального прогнозирования отклонений, возникающих в процессе печати. Целью работы является разработка и валидация эффективной цифровой методики проектирования и подготовки к аддитивному производству рабочего колеса микротурбины, позволяющей компенсировать геометрические искажения и повысить качество итоговой детали. Изучаемый объект — рабочее колесо микротурбины SimJet S120, напечатанное из сплава Inconel 718, обладающего высокой прочностью, термостойкостью и коррозионной стойкостью. Применяемая технология — селективное лазерное плавление (СЛП). Моделирование проведено с использованием SolidWorks для создания CAD-модели, Altair Inspire для топологической оптимизации, ANSYS для анализа напряжённо-деформированного состояния, Autodesk Netfabb 2024 для подготовки к печати, симуляции СЛП и анализа деформаций, а также Geomagic Wrap 2017 для геометрического сравнения. Практическая значимость работы заключается в том, что использование виртуального моделирования позволяет заранее предсказать и компенсировать деформации, возникающие при печати, а применение преддеформированной модели, полученной в Netfabb, существенно повышает точность изготовления сложных геометрий методом СЛП.

This final qualification work is devoted to the development of a digital model of the impeller of a microgas turbine engine, its numerical analysis, topological optimization and preparation for additive manufacturing by selective laser melting (SLM) from the heat-resistant nickel alloy Inconel 718. The work includes both theoretical research and practical modeling, covering all stages – from design to virtual prediction of deviations that occur during the printing process. The objectives of the final qualification work include reviewing the current scientific literature on additive technologies, the features of the nickel superalloy Inconel 718 and the design of microgas turbines; creating a 3D model of the microturbine impeller in selected CAD software; conducting a numerical analysis of the stress-strain state using the finite element method in ANSYS; performing topological optimization of the impeller geometry in Altair Inspire; preparing the model for 3D printing in Autodesk Netfabb, including orientation, substrate placement, supports and print simulation; analyzing deformations and local overheating during the SLM process and generating a pre-deformed model; and comparing the final printed geometry with the original one to assess accuracy. The purpose of the work is to develop and validate an effective digital methodology for designing and preparing for additive manufacturing of a microturbine impeller, which allows compensating for geometric distortions and improving the quality of the final part. The object under study is the impeller of the SimJet S120 microturbine, printed from Inconel 718 alloy, which has high strength, heat resistance and corrosion resistance. The technology used is selective laser melting (SLM). Modeling was carried out using SolidWorks for CAD design, Altair Inspire for topology optimization, ANSYS for static strength analysis, Autodesk Netfabb 2024 for print preparation and deformation simulation, and Geomagic Wrap 2017 for geometric comparison. The practical results of the work demonstrate that virtual simulation enables early prediction and compensation of print deformations, and the use of a pre-deformed model significantly improves the accuracy of manufacturing complex geometries like turbine blades and disks via the SLM method.