Если коротко — речь про софт, который моделирует, что произойдёт с титановой лопаткой, пока её печатает SLM‑принтер. И почему до 2022 года эту задачу в авиастроении в России решали в Ansys Additive (реже — в Simufact Additive), а теперь приходится решать чем‑то ещё.
В этом «чем‑то ещё» мы копаемся последние несколько лет. Ниже — про текущее состояние: что работает, что мы пока не умеем, и почему 3D‑печать металла в авиации — это, мягко говоря, не «нажал кнопку — получил деталь».
Что печатают в авиации и зачем
Когда говорят про аддитивные технологии в самолётостроении, как правило, имеют в виду две категории изделий: либо красивые рендеры «топологически оптимизированных» кронштейнов, либо реальные детали — лопатки направляющих аппаратов, форсунки, теплообменники сложной формы, элементы силового набора. Технология та же — селективное лазерное плавление металлического порошка (SLM, Selective Laser Melting): по тонкому слою порошка лазер сплавляет нужные участки, плита опускается, насыпается следующий слой, и так десятки часов подряд.
Зачем это в авиации:
-
геометрии, которые литьём и фрезеровкой не получить — внутренние каналы, тонкие стенки, переменные сечения;
-
снижение массы за счёт замены сборки одной деталью и топологической оптимизации;
-
восстановление дорогих деталей (наплавка зон износа лопаток);
-
сокращение количества компонентов в сборке — там, где было двадцать кронштейнов на болтах, появляется одна деталь.
Звучит как презентация на конференции. Презентация заканчивается, когда вы первый раз запускаете большую титановую деталь на принтере с рабочим объёмом порядка 400×400×400 и получаете на выходе кусок металла, который слегка «повело», а в одном месте подложку оторвало от плиты — вместе с кусочком самой плиты.
Почему просто «напечатать» не получается
Внутри принтера происходит, по сути, многократная локальная сварка: лазер расплавляет порошок, металл застывает, следующий слой нагревает предыдущий, и так далее. Каждый слой — это термоцикл, в котором накапливаются:
-
Остаточные напряжения. Не видны, но растут по мере роста детали.
-
Деформации. Деталь искажается относительно CAD‑модели — где‑то на десятые миллиметра, где‑то на единицы.
-
Микротрещины. И горячие (при кристаллизации), и холодные (при последующих циклах нагрев‑охлаждение).
-
Отрыв от подложки и поддержек. Когда напряжения превышают то, что могут удержать поддержки, печать может остановиться или деталь оторвётся вместе с куском плиты.
В авиации в этом месте начинаются неприятности. Лопатка с пластической деформацией ~8% в верхней зоне пера может вписаться в геометрию по результатам контроля — и при этом на длительной прочности дать микротрещину раньше расчётного срока. Кронштейн с непредвиденным распределением остаточных напряжений отзовётся на вибрацию иначе, чем ожидалось.
А подбирать режимы методом проб и ошибок — дорого. Один запуск титанового порошка типа ВТ6 на крупную деталь — это часто шестизначная сумма только за материал, плюс десятки часов принтера, плюс работа оператора. Перебрать пять‑семь сочетаний мощности, скорости сканирования и ориентации детали — и бюджет на «попробовать» уходит в миллионы.
Где здесь CAE
Идея простая: вместо реального запуска промоделировать процесс численно. Слой за слоем посчитать нагрев, остывание, накопление напряжений и деформаций. На выходе — поле деформаций по детали, карта остаточных напряжений, прогноз зон вероятного трещинообразования, оценка того, где оторвутся поддержки.
В мире это направление развивали несколько вендоров. В авиационных задачах в России (и вообще на постсоветском пространстве) исторически выделялись:
-
Ansys Additive Print / Additive Suite — то, что в основном использовали заказчики, освоившие SLM первыми.
-
Simufact Additive (теперь под брендом Hexagon) — со своей сильной стороной в учёте металлургических превращений.
Был также Autodesk Netfabb Simulation и пара решений поменьше. С 2022 года для российских предприятий всё это, если коротко, перестало быть опцией. Лицензии не продлеваются, поддержки нет, обновлений нет. Те, кто успел построить процесс на Ansys Additive до этого, либо консервируют то, что есть, либо ищут замену.
Так сложилось, что мы 30+ лет занимались внедрением CAE‑систем в России и СНГ — в том числе как официальный интегратор Ansys (под брендом CAE Expert). И когда вендор ушёл, у нас был выбор: переключаться на что‑то совсем непрофильное или попробовать сделать собственное решение. Выбрали второе.
Что в итоге получилось — SIMMAX‑ADDITIVE
SIMMAX — семейство из трёх модулей собственной разработки:
-
SIMMAX‑THERMAL — расчёт процессов термообработки и механических характеристик после термического воздействия.
-
SIMMAX‑WELDING — моделирование сварки с учётом металлургических превращений и остаточных сварочных короблений.
-
SIMMAX‑ADDITIVE — моделирование процессов SLM‑печати.
Все три модуля внесены в Единый реестр российского ПО. По SIMMAX‑ADDITIVE — запись № 31 105 от 10.12.2025.
Что модуль делает на текущем этапе:
-
принимает CAD‑геометрию в STL, параметры процесса (мощность, скорость сканирования, толщину слоя, ориентацию детали), свойства материала в широком диапазоне температур, конфигурацию поддержек;
-
внутри — встроенный автоматический сеточный генератор; поддержки можно подгрузить из CAD или сгенерировать в самой системе;
-
считает послойно термомеханическую задачу: распределение температур, накопление напряжений, деформации, пластические зоны;
-
на выходе выдаёт поля деформаций по осям, карты остаточных напряжений, эпюры предела текучести в установившемся термоциклировании, оценку зон вероятного образования трещин — в самом изделии, в подложке и в поддержках.
На референсной четверти лопатки турбины мы получаем картину, качественно согласующуюся с тем, что в этом классе задач даёт Ansys Additive: зоны сжатия в нижней части пера, накопленные пластические деформации до ~8% в верхней зоне, прогноз короблений по осям Y и Z, который потенциально можно использовать для предкомпенсации в программе принтера.
А теперь — про честность
У меня нет историй из серии «внедрили SIMMAX‑ADDITIVE на двенадцати авиационных предприятиях, экономия 200 миллионов в год». Не потому, что не хочется их написать. А потому, что их пока нет.
Реестровая запись — свежая, декабрь 2025. Боевых проектов на крупных авиационных заказчиках под SLM мы ещё не делали. То, что есть сейчас, — это собственная валидация на эталонных геометриях, тесты на классических задачах из открытой литературы и обкатка алгоритмов на «модельных» деталях.
И тут возникает классическая проблема нишевого инженерного софта в России: чтобы продукт «созрел», нужны реальные кейсы. Чтобы появились реальные кейсы — кто‑то должен решиться запустить молодой продукт на боевой задаче, в которой цена ошибки исчисляется миллионами. На Ansys Additive с двадцатью годами накопленной базы валидаций решиться легче. На свежий российский CAE — сложнее. Но без этого шага никакого «российского аналога» не появится в принципе.
Уважаемые читатели‑инженеры, если вы работаете с SLM в авиации или смежных отраслях (имплантаты, инструментальное производство, силовые элементы наземной техники) — мне интересна предметная реакция в комментариях. В первую очередь — две вещи:
-
Какие задачи у Ansys Additive в вашей практике закрывались хорошо, а какие — плохо. Где приходилось «обходить» возможности продукта внешними скриптами или экспертной интуицией?
-
Что критично было бы видеть в российском решении в первую очередь — точность по короблениям, скорость на крупных деталях, корректная работа с экзотическими сплавами, удобный интерфейс описания поддержек, что‑то ещё?
Спор «российское ПО vs. западное» обычно ведут в политической плоскости. Мне интереснее, когда он идёт в плоскости физики и валидации: какие модели зашиты, где их пределы, какие задачи мы реально умеем считать, а какие — пока нет.
Если тема зайдёт — в следующих материалах напишу подробнее про термомеханическую постановку для SLM и объясню, почему «правильная» модель поддержек в задаче оказывается едва ли не важнее модели самого процесса плавления.
ссылка на оригинал статьи https://habr.com/ru/articles/1039514/