Fabricatia aditiva a blisk-ului pentru turbine cu gaze utilizate in aplicatii aerospatiale
Cod Proiect: PN-IV-P2-2.1-TE-2023-1776
Numar contract: 141TE/26.08.2025
Titlu proiect: “Dezvoltarea prin tehnologia fabricarii aditive de componentele rotative cu structuri usoare pentru electropompe utilizate in aplicatii spatiale”
Acronim: AMBLISK
Programul: 5.2 – Resurse Umane
Autoritatea Contractanta: Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior, a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii
Durata proiect: 24 luni (26/08/2025 – 26/08/2027)
Consortiu:
CO: Institutul National de Cercetare-Dezvoltare Turbomotoare – COMOTI
Buget Proiect:
Buget total: 473682 lei
Buget de stat: 473682 lei
Director Proiect (CO): Dr. Ing. Alexandru Paraschiv
Scopul principal al proiectului este realizarea de cercetari experimentale si teoretice privind aplicarea fabricatiei aditive metalice prin fuziune cu laser in pat de pulbere (L-PBF) si integrarea unor structuri interne de tip lattice pentru obtinerea unui rotor de turbina cu palete integrate (blisk) din aliaj IN718, cu masa redusa si performante imbunatatite, destinat sistemelor de propulsie ale vehiculelor aeriene fara pilot care utilizeaza microturbine cu gaze.
Cerintele actuale de dezvoltare tehnologica din domeniul aerospaial impun reducerea masei componentelor pentru cresterea eficientei energetice, reducerea emisiilor, diminuarea consumului de materii prime si scurtarea timpilor si costurilor de fabricatie. Rotorul de turbina poate fi realizat fie ca ansamblu clasic disc + palete, fie ca rotor integrat cu palete (blisk – Blade Integrated Disk), configuratie care reduce numarul de componente, simplifica asamblarea si poate diminua masa ansamblului cu aproximativ 20–30%, cu efect direct asupra cresterii eficientei si scaderii consumului de combustibil.
Metodele conventionale de fabricatie a componentelor rotorice sunt insa limitate de geometria complexa, dimensiunile reduse si tolerantele stricte, avand totodata un raport material brut/material prelucrat de ordinul 20:1–40:1 si generand procese costisitoare, de lunga durata, inclusiv in cazul reparatiilor.
Fabricarea aditiva (AM) prin fuziune cu laser pe pat de pulbere (L-PBF) elimina o mare parte dintre limitarile tehnologiilor conventionale, permitand realizarea de geometrii complexe si structuri interne usoare de tip lattice, cu pierderi reduse de material (raport tipic 1:1–3:1) si cu scaderea timpilor si costurilor de productie. Integrarea structurilor lattice in zonele masive ale rotorului reduce suplimentar masa, optimizeaza raportul rezistenta–masa si contribuie la imbunatatirea comportarii dinamice.
Prin urmare, combinarea unui superaliaj rezistent la temperaturi ridicate, precum IN718, cu o astfel de arhitectura interna optimizata permite realizarea unui rotor de turbina adaptat cerintelor noilor generatii de turbomotoare.
In Etapa I, activitatile s-au concentrat pe proiectarea preliminara a blisk-ului, realizarea de simulari numerice (CFD si FEA), optimizarea topologica si definirea matricei de testare. A fost elaborat un model 3D CAD preliminar, validat prin simulari numerice in regim de functionare relevant, pe baza ciclului termogazodinamic al unui micromotor de referinta (AMT Titan). Analizele CFD au permis evaluarea distributiilor de presiune si viteza, iar rezultatele au fost utilizate pentru determinarea cazurilor de incarcare in analiza structurala (FEA) (Figura 1).
Figura 1. Reprezentari cu geometria piesei (sector rotor), modelul FEM si distributia tensiunilor Von Mises
Au fost definite volumele design si non-design, obiectivele de optimizare (rigiditate crescuta, masa redusa) si constrangerile mecanice si functionale. Optimizarea topologica a vizat reducerea masei prin implementarea de structuri lattice (gyroid, diamant si octet) in butucul rotorului, pastrand zonele functionale intacte (Figura 2). Comportamentul static si vibrational al configurarilor cu structuri lattice a fost evaluat numeric, prin comparatie cu solutia plina, pentru a identifica variatiile de rigiditate si frecventele proprii relevante pentru functionarea in regim dinamic specific turbinelor de mici dimensiuni.
Fig. 2. Reprezentarea grafica a celulelor lattice: a) gyroid, b) diamant si c) octet
In paralel, a fost stabilita matricea de testare, care vizeaza optimizarea procesului L-PBF si caracterizarea materialului IN718 si a structurilor lattice, prin incercari mecanice la temperatura ambianta si ridicata, precum si prin expunere la medii agresive (oxidare si coroziune la temperaturi inalte). Au fost definite directii de testare si validare suplimentare, vizand geometrii complexe si procese hibride L-PBF–DED, cu scopul stabilirii parametrilor optimi pentru reconstructie dimensionala si imbunatatirea caracteristicilor de suprafata.