Ein Teil dessen, was die Arbeit bei Velo3D ausmacht, Es ist so bereichernd, dass wir als Vermittler für einige der innovativsten technologischen Fortschritte der Welt dienen. Unsere Unterstützung insbesondere der Luft-, Energie- und Raumfahrtindustrie bietet einzigartige Herausforderungen und Möglichkeiten, das Verständnis der Fähigkeiten der additiven Metallfertigung (AM) zu erweitern.
Unsere jüngste Zusammenarbeit mit Launcher, ein Unternehmen, das sich dem Bau der effizientesten Rakete der Welt verschrieben hat, und führender Anbieter von technischen Simulationen, Ansys, bietet ein spannendes Schaufenster, wie wir das scheinbar Unmögliche durch fortschrittliche Software und revolutionäre Metall-AM-Lösungen erreichen.
„Ich bin wirklich privilegiert und fühle mich geehrt, Teil dieser Bemühungen zu sein“, sagt er Gene Miller, Leitender Anwendungsingenieur für Velo3D. „Der Einfallsreichtum, der Launcher auf den Tisch bringen bedeutet wirklich etwas Einzigartiges zu tun; und ich bin stolz darauf, das ermöglichen zu können und wirklich nur auf den Schultern von Giganten zu stehen.“
Die neueste Ausgabe unserer Velo3D VELOVirtual-Serie enthält ein Gespräch zwischen Miller, Max Haot, Gründer & CEO von Launcher, André Ivankovic, Maschinenbauingenieur für Launcher und Sunil Patil, Industry Lead for Turbomachinery and Propulsion bei Ansys, während sie die Entwicklung unternehmenskritischer Teile besprechen, die in verwendet werden Launcher's Engine-2 (E-2) Flüssigkeitsraketentriebwerk.
Sehen Sie sich die vollständige Präsentation unten an:
Kennenlernen des E-2-Raketentriebwerks
LauncherDas E-2-Projekt von ist in seinen Ambitionen einzigartig: Es zielt darauf ab, das leistungsstärkste Flüssigkeitsraketentriebwerk der Welt zu werden, das mit Flüssigsauerstoff (LOX) und Kerosin (RP-1) betrieben wird. Seine Endverwendung wird als zentrale Schubkomponente für sein Launcher's Light Rakete, die 2024 ihren ersten Testflug absolvieren soll. Die E-2 soll ein erstklassiges Triebwerk für den Start kleiner Satelliten sein, mit dem größten Schub, dem niedrigsten Treibstoffverbrauch und den niedrigsten Kosten pro Pfund Schubkraft in der Branche.
Ein weiterer zukunftsweisender Aspekt des E-2-Projekts ist seine Abhängigkeit von Metall-AM. Launcher hat 3D-Druck und AM in jeder Phase der Entwicklung genutzt, wodurch das Projekt kostengünstig und, was vielleicht am wichtigsten ist, für die Massenproduktion optimiert bleibt.
Für die Turbopumpe Launcher nutzte Velo3D zur Herstellung von Schlüsselkomponenten, einschließlich des Pumpenauslassgehäuses, das mit Inconel 718 gedruckt wurde, und eines LOX-Pumpeneinlassgehäuses, das aus der Aluminiumlegierung F357 gedruckt wurde. Die Flexibilität bei den Materialien und die Möglichkeit, mit begrenzten Stützen zu drucken, ermöglichten ein Maß an Freiheit und Kontrolle über den Herstellungsprozess, der im Vergleich zur herkömmlichen Herstellung weitaus kostspieliger und arbeitsintensiver gewesen wäre. Jede Komponente wurde in einer separaten Auftragsfertigungsanlage hergestellt, was die Flexibilität von Velo3D unterstreicht Partnernetzwerk für Auftragsfertigung.
Ingenieure bei Launcher hatte strenge Anforderungen an ihre Druckteile. So verlangten sie beispielsweise, dass das in der LOX-Pumpe verwendete Laufrad hochgradig ausbalanciert ist, um sich unter kryogenen Bedingungen mit 30,000 U/min zu drehen und gleichzeitig flüssigen Sauerstoff zu transportieren.
„Ich möchte darauf hinweisen, wie wichtig das ist. Wir haben es mit einem flüssigen Sauerstoffmedium in der Pumpe bei 30,000 U/min und etwa einem Megawatt Turbinenleistung zu tun“, sagt Haot. „In dieser Art von Umgebung kann bei einem Förderdruck von XNUMX psi jede Anomalie, jede Reibung zwischen Rotor und Stator zu einer sofortigen, schnellen und ungeplanten Demontage führen.“
Viele 3D-Metalldrucker haben jedoch Schwierigkeiten, dieses Ziel zu erreichen, da die Konstruktionsbeschränkungen durch Stützen auferlegt werden. Um die Verwendung von schwer (oder sogar unmöglich) zu entfernenden internen Stützen zu vermeiden, sind Ingenieure gezwungen, die Laufräder in einem Winkel zu neigen, um den Bau abzuschließen. Während dies zu einem Teil führen kann, das wie ein funktionsfähiges Laufrad aussieht, sind sie oft unrund und können nicht innerhalb der für das Endprodukt erforderlichen Toleranzen ausgewuchtet werden. Die Fähigkeit von Velo3D, ohne interne Stützen zu drucken, bedeutet auch, dass wir das Laufrad flach und folglich rund drucken können. Dies war der Schlüssel zur Ermöglichung des Baus von Launcher's Inducer/Impeller-Design.
Um ein so ehrgeiziges Projekt in Angriff zu nehmen, Launcher ein Team von Partnern angeworben, ohne die ihre Vision nicht verwirklicht werden könnte.
In erster Linie wird die E-2 im Rahmen eines Air Force Small Business Innovation Research Program in Zusammenarbeit mit der NASA gebaut und getestet, die die Finanzierung und Nutzung des Teststandkomplexes des Stennis Space Center in Mississippi bereitstellte.
Launcher beauftragte außerdem Ansys, einen Technologiepartner, mit der Unterstützung von Simulationsmodellen, um sicherzustellen, dass mit AM hergestellte Teile den Parametern der Startbedingungen standhalten. Zu guter Letzt, Launcher nutzte Velo3D, um die für die LOX-Turbopumpe benötigten unternehmenskritischen Teile zu drucken.
Erweiterte Software nutzen
Die Fahrt der Turbopumpe im Herzen der E-2 erforderlich Launcher um eine Reihe fortschrittlicher Softwaretools zu nutzen, um sicherzustellen, dass der Motor für Feldtests geeignet ist.
„Wenn wir uns ein Flüssigkeitsraketentriebwerk ansehen, das in der Lage ist, den Orbit zu erreichen, ist die Turbopumpe einer der herausforderndsten Teile des Projekts“, sagt Haot, „oder zumindest die Hälfte der Herausforderung. Und wenn Sie über eine Turbopumpe für einen geschlossenen Kreislauf mit stufenweiser Verbrennung sprechen, erhöht sich diese Herausforderung.“
Erstens Launcher lizenzierte ein bewährtes Design, das mehr als 70 Reisen in den Orbit von der Zenit-Raketenfamilie durchgeführt hat, die in der Ukraine entwickelt wurde. Doch um eine Turbopumpe innerhalb der Parameter ihres gewünschten Ergebnisses zu bauen, Launcher musste dieses ursprüngliche Design übernehmen, anpassen und testen. Sie haben Ansys als Modellierungstool eingesetzt, um sicherzustellen, dass ihre übersetzten Designs den extremen Bedingungen standhalten, insbesondere im Hinblick auf den für ihr Design und die kundenspezifischen Anforderungen erforderlichen Druckanstieg flow Weg, den sie entwickelt haben.
„Bevor wir in die Fertigung einstiegen, haben wir mit Ansys zusammengearbeitet, um die Leistung unseres zu simulieren flow Pfad in unserer LOX-Pumpe“, sagt Ivankovic. „Wir wollten dies tun, um sicherzustellen, dass die vorhergesagte Leistung mit den gewünschten Parametern für unser gesamtes Raketentriebwerkssystem übereinstimmt.“
Nachdem die Modellierungsphase die gewünschten Ergebnisse in Bezug auf Pumpeneffizienz, Pumpenförderhöhe und Kavitation erbracht hatte, war das Team bereit, die für Feldtests erforderlichen Teile herzustellen. Die Testphase war äußerst vorteilhaft, da sie dazu beitrug, die Parameter des Herstellungsprozesses zu informieren, wodurch übermäßige Testdrucke und Iterationen im Druckprozess überflüssig wurden.
„Raketenwissenschaft kann manchmal entmutigend sein“, sagt Patil, „aber die Simulation hilft, zumindest den Konstruktionsprozess der kritischen Komponenten des Raketentriebwerks relativ einfach zu gestalten.“
Verschmelzung fortschrittlicher Software mit Fertigungsprozessen der nächsten Generation
Mit optimierten, modellerprobten Designs in der Hand, die Launcher Team war bereit, mit der Herstellungsphase zu beginnen, um ihr Turbopumpenset für Feldtests zu erhalten. Aufgrund der Art der Teile, für deren Herstellung sie Metall-AM nutzten, wandten sie sich an Velo3D.
Unsere Fähigkeit, niedrige Winkel und hochwertige interne Kanäle mit minimalen Stützen zu erreichen, ermöglichte die Produktion von Launcher Einlassdesign, kombinierte Induktor-/Laufradbaugruppe und der Spiralauslass.
Teil der Herausforderung mit einem Projekt wie Launcherliefert Designs, die bereits so viel Modellierung, Verfeinerung und Iteration durchlaufen haben. Mit der Full-Stack-Lösung Velo3D und der Synergie zwischen unseren FlowTM Software und Sapphire® Drucker konnten wir jedoch selbst die kompliziertesten Designs liefern.
„Das Letzte, was wir tun wollen, ist zurückzugehen und zu sagen: ‚Nein. Wir können das nicht bauen. Wiederholen Sie etwas“, sagt Miller. „In diesem Fall mussten wir das überhaupt nicht tun. Wir haben die Geometrie als optimiert, wie entworfen und ohne Kompromisse gedruckt.“
Mit Hilfe von Velo3D und Ansys, LauncherDie Feldtests von waren erfolgreich und erfüllten oder übertrafen alle Effizienzkriterien. Das Projekt befindet sich derzeit in der Testphase für einen mit Velo3D gedruckten Induktor/Laufrad, der die Beiträge, die Metall-AM leistet, weiter vertiefen wird Launcher's Endziel ihres E-2-Projekts und ihrer leichten Rakete.
Unsere Arbeit mit Launcher und Ansys ist nur ein Beispiel dafür, was erreicht werden kann, wenn Software und Modellierung der nächsten Generation mit revolutionären Fertigungsverfahren in Metall-AM kombiniert werden. Der Himmel ist buchstäblich nicht mehr die Grenze.
Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie Velo3D Advanced Metal AM Ihren Fertigungsprozess verändern kann, Nehmen Sie Kontakt mit uns auf mit einem unserer erfahrenen Ingenieure heute.
