Eines der schönen Dinge an der fortschrittlichen additiven Metallfertigung (AM) von Velo3D ist ihre Fähigkeit, die Art und Weise zu verändern, wie ganze Branchen Kernteile herstellen. Vom Energiesektor bis zum Weltraum und darüber hinaus sind die Anwendungen für AM breit gefächert und an die Bedürfnisse bestimmter Branchen anpassbar.
Wenn wir über Metall-AM sprechen, kann es manchmal einfacher sein, über die weitreichenden Auswirkungen zu sprechen, die diese Technologie auf ganze Branchen haben kann; von der Herstellung besserer Teile mit komplexeren Geometrien bis hin zur Fähigkeit von Metall-AM, die alten Modelle von Lieferketten zu durchbrechen. Bei dieser langen Sichtweise verpassen wir jedoch die Erfolgsgeschichten aus der realen Welt, wenn es darum geht, über spezifische Anwendungen für die fortschrittlichen, End-to-End-Metall-AM-System.
In diesem Artikel besprechen wir ein zentrales Teil – den Wärmetauscher – was sie sind, warum sie eine solche Herausforderung für die traditionelle Fertigung darstellen und wie Metall-AM sie sowohl in Design als auch in Produktion verändert.
Was sind Wärmetauscher?
Wärmetauscher stellen eine breite Kategorie von Kernteilen dar, die in unzähligen Anwendungen von Haushaltsgeräten bis hin zu Strahltriebwerken verwendet werden. Wie der Name schon sagt, übertragen Wärmetauscher Wärme von einer Quelle – typischerweise einer Flüssigkeit oder einem Gas – auf eine andere, kühlere Flüssigkeits- oder Gasquelle, ohne dass sich diese beiden Quellen vermischen müssen. Der Zweck von Wärmetauschern besteht darin, Motoren und anderen Maschinen einen effizienten Betrieb ohne Überhitzung zu ermöglichen.
Es gibt eine Reihe von Ausführungen von Wärmetauschern, darunter Platte und Rippe, Mantel und Rohr, Rohr und Rohr und mehr; alle haben einzigartige Vorteile, Anwendungen und Designgeometrien.
Was macht die Herstellung von Wärmetauschern so schwierig?
Wärmetauscher stellen eine einzigartige Herausforderung für Ingenieure dar, sowohl an der Konstruktions- als auch an der Fertigungsfront.
In der Konstruktion erfordern Wärmetauscher eine maximale Oberfläche zwischen der heißen und der kühlen Seite des Teils; Die Wände, die sie trennen, müssen auch so dünn wie möglich sein, um so viel Wärmeübertragung wie möglich zu ermöglichen, während gleichzeitig die Seiten dicht bleiben.
Es muss auch ein Gleichgewicht zwischen der für die Wärmeübertragung erforderlichen Rauheit der Oberfläche und dem resultierenden Druckabfall erreicht werden, der bei unterschiedlichen Texturunterschieden auftritt. Am Ende stehen Ingenieure vor der Herausforderung, Wärmetauscher mit komplexen internen Kanälen und dünnen Wänden mit hohem Seitenverhältnis herzustellen.
Die nächste Herausforderung besteht darin, diese komplexen Konstruktionen in der Fertigung zu reproduzieren.
Traditionell können Wärmetauscher aus Dutzenden von separaten Teilen hergestellt werden: Kernbleche, Nasenstücke, mehrere Rippen und Verteiler und mehr. Diese Teile müssen separat hergestellt werden – was oft unterschiedliche Fertigungstechniken wie Gießen und Schmieden erfordert – und sie dann schließlich alle zu einem einzigen Kernteil zusammenlöten und schweißen.
Dieser Prozess ist arbeitsintensiv und zeitintensiv und erfordert oft Vorlaufzeiten von 12-18 Monaten pro Design-Iteration.
Darüber hinaus müssen Wärmetauscher optimiert werden, um das Gewicht zu reduzieren, insbesondere wenn sie in Anwendungsfällen in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden. Das Zusammenfügen von Dutzenden unterschiedlicher Teile erhöht das Gewicht des Endteils, was die Gesamtleistung des Motors beeinträchtigen kann.
Herkömmliche additive Fertigungssysteme sind zwar eine Verbesserung gegenüber der konventionelleren Produktion, haben jedoch ihre eigenen Einschränkungen.
Um die für die Endanwendung erforderliche Komplexität der inneren Kanalgeometrie zu erreichen, erfordern herkömmliche AM-Lösungen häufig Stützstrukturen im Druckprozess. Diese internen Stützstrukturen sind in der Nachbearbeitung schwierig zu extrahieren – wenn sie überhaupt extrahiert werden können – was nicht nur die Lebensfähigkeit der Teile gefährdet, sondern auch die Vorlaufzeiten verlängert.
Das Drucken ohne die Verwendung von Stützen für interne Kanäle führt typischerweise zu einer schlechten Oberflächenbeschaffenheit und einem Anstieg des Gegendrucks für den Wärmetauscher. Außerdem neigen dünne Metallteile zu Rissen, wenn sie nicht richtig mit den richtigen Parametersätzen gedruckt werden. Sie können den Vorgang der Neubeschichtung stören – ein Prozess, bei dem eine Klinge eine frische Pulverschicht auf das Teil abkratzt – und das Teil oder die Nachbeschichterklinge beschädigen, was wiederum den Bau zum Absturz bringen oder die Druckausrüstung stören kann.
Bau besserer Wärmetauscher mit Advanced Metal AM
Die wirkliche Bewältigung der Design- und Fertigungsherausforderungen von Wärmetauschern erfordert eine End-to-End-Lösung, die Design und Fertigung zusammenführt; Aus diesem Grund steht Velo3D an vorderster Front bei der Revolutionierung der Wärmetauscherproduktion.
Durch die Präsentation einer Synergie aus fortschrittlicher Designsoftware und Metall-3D-Druck der nächsten Generation ist Velo3D in der Lage, die Komplexität des Designs in der Bauphase zu erreichen, ohne die Designabsicht zu beeinträchtigen.
Durch unsere exklusive Flow™ Pre-Print-Software sind wir in der Lage, den verschiedenen Eigenschaften des Wärmetauschers automatisch den richtigen Parametersatz zuzuweisen. Dünne Metallrippen, leckdichte Kanäle, dickere Strukturteile erhalten alle unterschiedliche, spezialisierte Parametersätze, die zum Drucken dieser Geometrien optimiert sind. Flow™ schreibt den optimalen Prozess zum Bau des gesamten Teils vor, konsolidiert die unzähligen Teile, die normalerweise verwendet werden, und eliminiert den Arbeits- und Zeitaufwand für die Montage. Diese Anweisungen werden dann dem Drucker zur Ausführung zugeführt.
Verwenden von Velo3Ds SapphireⓇ Drucker können Ingenieure die Komplexität erreichen, die erforderlich ist, um wichtige Leistungskennzahlen zu erreichen, die selbst für die fortschrittlichsten Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt erforderlich sind.
Ein Teil dessen, was den Velo3D-Druckprozess so einzigartig macht, ist unsere Fähigkeit, Teile herzustellen, ohne dass intensive Stützstrukturen erforderlich sind. Zusätzlich, SapphireⓇ Drucker sind in der Lage, hohe, dünne Wände und niedrige Winkel zu erzielen, die für die Wärmeübertragung erforderlich sind. Durch die Verwendung eines speziellen berührungslosen Recoater-Systems wird die SapphireⓇ kann dünne Wände drucken, ohne das Risiko einer Beschädigung von Teilen oder des Druckers. Der SapphireⓇ frischt das Pulverbett auf, ohne das Teil durch einen proprietären und berührungslosen Prozess zu berühren.
Die resultierenden Wärmetauscher, die durch das Velo3D-Verfahren hergestellt werden, können im Vergleich zu bestehenden Teilen eine bis zu 60 Prozent größere effektive Oberfläche und einen 6-mal geringeren Druckabfall erreichen.
Die Velo3D-End-to-End-Lösung reduziert und eliminiert auch oft die Notwendigkeit, mehrere Teile herzustellen und zusammenzulöten oder zu schweißen, oder die Notwendigkeit einer intensiven Nachbearbeitung, die für herkömmliche Metall-AM-Systeme typisch ist, was bedeutet, dass Teile produziert werden können in nur vier Wochen.
Die Konstruktion und Produktion von Wärmetauschern erlebt derzeit eine Renaissance. Diese Kernteile werden auf eine Weise neu erfunden, die es seit den 1940er Jahren nicht mehr gegeben hat. Die ausgestellte Innovation in Advanced Metal AM ermöglicht die Produktion von Teilen mit effizienteren, leichteren Designs, die unzählige Industrien verändern können.
Möchten Sie mehr über die fortschrittliche Metall-AM-Lösung von Velo3D erfahren? Kontaktieren Sie noch heute einen unserer Experten um zu sehen, wie wir die Fertigung revolutionieren.
