К концу 2016 года у Томского политехнического появился полноценный инжиниринговый центр: в строй был введен последний из трех комплексов — Международный центр испытаний материалов для работы в экстремальных условиях. Как создавался не имеющий аналогов в России комплекс, в нашем материале.
Полный вперед
В Международном научно-образовательного центре ресурсных испытаний материалов, который открылся в середине декабря 2016 года и стал третьим комплексом в составе инжинирингового центра, ученые будут проводить оценку механических свойств в процессе создания новых материалов и конструкций, исследовать долговечность деталей и конструкций, разрабатывать научные основы перспективных методов повышения ресурсных характеристик новых материалов.
«В ТПУ появился центр, который обеспечивает полный цикл производства перспективных материалов для работы в самых агрессивных средах», — заявил на открытии центра ректор университета Петр Чубик.
Центр ресурсных испытаний открылся на базе Республиканского инженерно-технического центра Института физики прочности и материаловедения СО РАН. Новый центр создан в рамках реализации программы развития Стратегической академической единицы ТПУ «Космическое материаловедение». Его открытие завершило формирование большого инновационного инжинирингового центра по междисциплинарным проблемам материаловедения на базе Томского политеха. Напомним, в прошлом году ТПУ открыл первые две очереди: Научно-образовательный центр «Современные производственные технологии» и Центр перспективных исследований «Многоуровневое динамическое моделирование материалов и конструкций».
В ходе церемонии открытия центра проводились демонстрационные испытания нового оборудования. В частности, было показано разрушение образца титанового сплава с помощью сервогидравлической испытательной машины.
При этом уже сейчас в рамках сетевого взаимодействия в инновационном инжиниринговом центре ТПУ реализуются проекты в сфере высоких технологий почти на 500 миллионов рублей. Речь идет о разработках в области проблем материаловедения, аддитивных технологий, математического моделирования свойств новых материалов и динамического моделирования. В числе представленных проектов, например, программа по созданию наноспутника «Томск-ТПУ-120» — первого в мире космического аппарата, напечатанного на 3D-принтере, защитные покрытия для космических иллюминаторов, 3D-принтер для печати в условиях невесомости и другие проекты.
Но на самом деле создание инжинирингового центра в ТПУ заняло куда больше года. И вот как это происходило.
Фото: предоставлено Томским политехническим университетом
Важная стройка
Первая очередь центра открылась еще в мае 2015 года. Речь идет о Научно-образовательном центре «Современные производственные технологии», который оснастили уникальным современным оборудованием, позволяющим производить отечественные сложные изделия для авиации, космоса, медицины и атомной промышленности.
Тогда директор научно-образовательного центра «Современные производственные технологии» Василий Федоров рассказал, что в центре аддитивных технологий ТПУ будет совершаться весь производственный цикл — от идеи до реализации готового изделия.
«Здесь можно будет в короткие сроки произвести и протестировать детали для обшивки космических кораблей, импланты для черепно-лицевой хирургии, твэлы для атомной промышленности, сложные формы изделий для авиационной промышленности и многое другое, а также создавать новые цифровые установки», — уточнил Федоров.
Главное, что аналогов установленному в центре оборудованию фактически нет не только в России, но и во всем мире — единицы. Производственная площадка центра укомплектована принтером электронно-лучевого сплавления (электронно-лучевым), лазерным принтером, принтерами, печатающими полимерными волокнами, а также ультразвуковым томографом, осуществляющим неразрушающий контроль готовых изделий.
«Титановый порошок, из которого производят изделия для космоса и авиации, российскому покупателю обходится примерно в 520 евро за килограмм, а европейскому — в 230. Между тем минимальная загрузка цифрового устройства — 20 килограммов, — говорит Василий Федоров. — Мы сами производим и принтеры, и порошки, и софт, переплачивать за которые потребителю не придется», — уточнил директор Института физики высоких технологий ТПУ Алексей Яковлев.
Площадка центра в равной степени открыта как политехникам, так и представителям других научных учреждений страны и зарубежья. Ученые смогут проводить здесь испытания своих разработок, а студенты и магистранты — получать практический опыт работы с аддитивными технологиями.
Между первой и второй
Спустя пару недель после запуска первой очереди была открыта вторая очередь инжинирингового центра — центр перспективных исследований «Динамическое моделирование материалов и конструкций», где производится неразрушающий контроль готовых изделий для космической отрасли.
В центре работает единственный в стране диагностический комплекс, предназначенный для контроля сварки швов крупных деталей ракет, спутников и прочих космических летательных аппаратов. Система контроля разработана Институтом физики высоких технологий Томского политехнического университета.
Одна из главных возможностей центра — проверка изделий, созданных посредством сварки трением с перемешиванием. Главная проблема на сегодняшний день в том, что новая технология сварки пока мало изучена, при ее использовании на изделии иногда образуются дефекты плавления разного типа — небольшие трещины, деформации шва. Человеческому глазу они не всегда видны, но если эти дефекты вовремя не заметить, в дальнейшем в космосе они себя проявят. Традиционные устройства контроля не адаптированы под дефекты, возникающие при сварке трением с перемешиванием.
С помощью системы контроля можно проводить диагностику объектов диаметром до пяти метров. Например, деталей ракет. Первый заказчик комплекса — РКК «Энергия».
Вторую разработку центра моделирования ученые ТПУ разработали совместно с ИФПМ СО РАН — трехкомпонентный лазерный сканирующий доплеровский виброметр, или 3D-лазерный виброметр.
С помощью этой системы можно проводить виртуальные испытания подвижных частей космических летательных аппаратов, морских судов, автомобилей и так далее. Виброметр определяет неполадки работы той или иной детали по частоте колебаний. На церемонии открытия центра ученые продемонстрировали установку в деле.
Предварительно подготовив точную виртуальную копию двигателя квадроцикла, они запустили «оригинал» и по амплитуде колебаний вычислили, что у него не в порядке кронштейн — опорная консоль. Ученые добавили, что это первый виброметр с такими параметрами в России.
«На этом оборудовании мы будем решать первоочередные задачи для космоса, однако одинаково полезным оно окажется и для отраслей авиа-, машиностроения. Что особенно удобно, лазерный виброметр может работать с крупными объектами», — уточнил директор Института физики прочности и материаловедения СО РАН, заведующий кафедрой физики высоких технологий в машиностроении ТПУ Сергей Псахье.
Он добавил, что удобство разработки еще и в том, что крупный объект (например, ракету или двигатель крупного судна) не обязательно привозить с завода в Томск. Достаточно смоделировать ее виртуального «клона». Дальше система с помощью сотрудников центра выполнит всю необходимую работу сама.
Материал подготовлен при поддержке Томского политехнического университета.