Von der Kontrolle der Lieferkette bis hin zur Revolutionierung der Art und Weise, wie Kernteile konstruiert werden, ist Metall-AM eine disruptive Kraft in unzähligen Branchen.
In diesem Artikel werden wir uns mit den einzigartigen Herausforderungen befassen, denen Ingenieure bei der Herstellung einer bestimmten Anwendung gegenüberstehen, Turbopumpen, und wie Velo3Ds fortschrittliche Metall-AM-Lösung definiert diesen Prozess in Design, Fertigung und Qualifizierung neu.
Was sind Turbopumpen?
Turbopumpen sind wesentliche Komponenten in allem, von Raketentriebwerken bis hin zu Rennwagen. Diese Kernteile arbeiten, indem sie mechanische Energie in Druck umwandeln. Das Hauptarbeitselement einer Turbopumpe ist das Laufrad, das entweder offen oder geschlossen (ummantelt) sein kann.
Laufräder bestehen aus zahlreichen Schaufeln, die an einer inneren Nabe befestigt sind und hohen Drehzahlen, starkem Druck und manchmal korrosiven Umgebungsbedingungen standhalten müssen.
Eine weitere Schlüsselkomponente ist der Spiralabschnitt, der die Flüssigkeit leitet und den Druckanstieg weiter steuert.
Was macht die Herstellung von Turbopumpen so schwierig?
Turbopumpen und die Laufräder und Spiralen, aus denen sie bestehen, sind eine einzigartige Herausforderung für Ingenieure sowohl in der Konstruktion als auch in der Produktion.
Die größte Herausforderung bei der Konstruktion besteht darin, ein Gleichgewicht zwischen der Bewegung des Fluids mit hoher Geschwindigkeit und der Vermeidung der schädlichen Auswirkungen von Kavitation zu erreichen. Dieses Gleichgewicht erfordert präzise Schaufel- und Kanalgeometrien. Darüber hinaus müssen die Teile hohen Drehzahlbelastungen standhalten und sich mit Zehntausenden von Umdrehungen pro Minute drehen.
Herkömmliche Fertigungstechniken (CNC-Maschinen) haben Schwierigkeiten bei der Herstellung von ummantelten Laufrädern, da die internen Kanäle mit einem Bohrer oft schwer zugänglich sind.
Ummantelte Laufräder verlassen sich in der Fertigung seit langem auf eine Fünf-Achsen-Bearbeitung, bei der beispielsweise sowohl das untere Laufrad als auch die Ummantelung als separate Teile hergestellt werden, die dann unter Verwendung von EBM hartgelötet oder zusammengeschweißt werden.
Teile ohne direkte Sichtverbindung zur Bearbeitungsfläche erfordern andere Bearbeitungstechniken oder können sogar unmöglich hergestellt werden.
Dieser Prozess ist in der Regel kostspielig und ertragsarm, und der daraus resultierende Produktionslebenszyklus kann Monate dauern und mehrere Herstellungsphasen erfordern, bevor ein endgültiges Teil für den Betriebsdrehtest bereit ist.
Dies schränkt das Designfenster für Ingenieure ein, die versuchen, diese Teile vollständig zu optimieren.
Spiralabschnitte schaffen zusätzliche Herausforderungen. Mit einer fast organisch abfallenden Durchmesserverringerung im gesamten Spiralkanal werden tendenziell kreisförmige Spiralen gegossen. Dies führt zu erheblichen Problemen mit der Vorlaufzeit, wenn ein Ingenieur einen Lieferanten finden kann. Bei kleinen Bestellmengen kann dies schwierig sein.
Die Komplexität und Herstellungsverzögerungen von Turbopumpen machen sie zu einem erstklassigen Kandidaten für AM. Herkömmliche AM-Systeme kämpfen jedoch aus vielen der gleichen Gründe wie herkömmliche Lösungen.
Herkömmliche Drucker haben mit den niedrigen Winkeln zu kämpfen, die durch das Blattdesign und die Ummantelung des Laufrads verursacht werden. Um diese niedrigen Winkel zu überwinden, versuchen viele AM-Ingenieure, Stützen hinzuzufügen oder das Teil während des Druckens auszurichten (zu neigen).
Bei Stützen muss ein Nachbearbeitungsmechaniker die Stützen entfernen und die unterstützte Oberfläche neu konditionieren. Dies ist aus den gleichen Gründen, aus denen die herkömmliche Fertigung das Teil nicht herstellen kann, oft schwierig oder unmöglich – keine klare Sichtverbindung zur Oberfläche.
Das Kippen des Teils schafft noch mehr Herausforderungen. Drucken ist ein Prozess, bei dem Metall Schicht für Schicht über Tausende von Schichten geschmolzen und verfestigt wird. Dieser Prozess des Erhitzens und Abkühlens des Metalls erzeugt Spannungen.
Asymmetrisches Drucken mit Neigung führt dazu, dass das Teil unrund oder „verzogen“ gedruckt wird. Das Kippen des Teils führt zu Drucken, die nicht ausgeglichen werden können und einen Schleudertest nicht bestehen. Für Teile, die schließlich mit sehr hohen Drehzahlen rotieren, erweist sich dies als problematisch.
Wie fortschrittliche Metall-AM das Design und die Produktion von Turbopumpen verändert
Die fortschrittliche End-to-End-Metall-AM-Lösung von Velo3D ist in einzigartiger Weise für die Herausforderungen bei der Konstruktion und Fertigung von Turbopumpen geeignet.
Sapphire® Drucker können ehrgeizige Laufraddesigns ausführen, ohne die Designabsicht zu beeinträchtigen.
Die Velo3D-Lösung verwendet ein fortschrittliches Herstellungsverfahren, was bedeutet, dass sie niedrige Winkel und Überhänge weit unter 45 Grad erreichen kann, ohne dass erschöpfende Stützstrukturen erforderlich sind.
Dies ist besonders wertvoll bei Komponenten wie ummantelten Laufrädern, bei denen diese Stützstrukturen fast unmöglich zu entfernen sind. Und wenn Sie entfernt werden, besteht die Gefahr, dass die Oberflächen des kritischen Elements beschädigt werden flow Kanäle. Dies kann die Leistung des Teils verringern und die Lebensdauer des Teils beeinträchtigen.
Die Sapphire® Metall-3D-Drucker machen Stützen überflüssig, aber auch das Kippen des Teils entfällt. Das bedeutet, dass die Teile ohne Verzug konstruktionsgetreu gedruckt werden.
Ingenieure sind in der Lage, diese Laufräder auszuwuchten und zu testen, Schäden an der Oberflächenbeschaffenheit zu vermeiden und Nachbearbeitungskosten und -risiken zu reduzieren. Das Ergebnis ist ein ausgewogenes Teil mit reduziertem Druckabfall und konstanter Effizienz flow Wege.
Als vollständige End-to-End-Lösung bietet Velo3D auch eine Prozessüberwachungssoftware, die für die Teilevalidierung in Branchen wie Luft- und Raumfahrt und Energie mit einem hohen Maß an Aufsicht von entscheidender Bedeutung ist.
Assure™ Die Software überwacht den Bau und den Drucker auf jeder Ebene des Prozesses und stellt kontinuierlich sicher, dass der Bau erfolgreich ist. Wenn der Bau abgeschlossen ist, erhalten die Ingenieurteams ausführliche Berichte über die Integrität des Teils, die als Grundlage für die Qualifizierung dienen können.
Durch die Integration des Design-, Produktions- und Qualifizierungsprozesses in einem System schafft Velo3D ein zuverlässiges, wiederholbares System.
Wenn ein Teil erfolgreich gemäß dem erforderlichen Standard entworfen und produziert wurde, können diese Bauparameter und Anweisungen bei Bedarf angewendet werden. Wir nennen die resultierende Designdatei ein „Goldene Druckdatei“, was bedeutet, dass das Teil auf jedem Velo3D-Drucker überall auf der Welt mit demselben Material gedruckt werden kann.
Das Agilität der Lieferkette Das, was sich aus dieser Wiederholbarkeit ergibt, bedeutet drastisch reduzierte Lieferzeiten für Ersatzteile.
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.
