L'un des avantages de la fabrication additive métallique (FA) avancée de Velo3D est sa capacité à transformer la façon dont des industries entières produisent des pièces essentielles. Du secteur de l'énergie à l'espace et au-delà, les applications de la FA sont vastes et adaptables aux besoins d'industries spécifiques.
Lorsque nous parlons de FA métallique, il peut parfois être plus facile de parler des implications à grande échelle que cette technologie peut avoir sur des industries entières ; de la production de meilleures pièces avec des géométries plus complexes à la capacité de la fabrication additive métallique à perturber les anciens modèles de chaînes d'approvisionnement. En adoptant cette vision à long terme, cependant, nous manquons les histoires de réussite réelles de parler d'applications spécifiques pour les avancées, système AM métal de bout en bout.
Dans cet article, nous discuterons d'un élément central - l'échangeur de chaleur - de ce qu'il est, pourquoi il présente un tel défi pour la fabrication traditionnelle et comment la FA métallique les transforme à la fois dans la conception et la production.
Que sont les échangeurs de chaleur ?
Les échangeurs de chaleur représentent une large catégorie de pièces essentielles utilisées dans d'innombrables applications, des appareils électroménagers aux moteurs à réaction. Comme leur nom l'indique, les échangeurs de chaleur fonctionnent pour transférer la chaleur d'une source - généralement un liquide ou un gaz - à une autre source de liquide ou de gaz plus froide sans que ces deux sources aient à se mélanger. Le but des échangeurs de chaleur est de permettre aux moteurs et autres machines de fonctionner efficacement sans surchauffe.
Il existe un certain nombre de variétés de conceptions d'échangeurs de chaleur, notamment des plaques et des ailettes, des coques et des tubes, des tubes et des tubes, etc. qui ont tous des avantages, des applications et des géométries de conception uniques.
Qu'est-ce qui rend les échangeurs de chaleur si difficiles à fabriquer ?
Les échangeurs de chaleur représentent un défi unique pour les ingénieurs, tant sur le plan de la conception que de la fabrication.
Dans leur conception, les échangeurs de chaleur nécessitent une surface maximale entre le côté chaud et le côté froid de la pièce ; les parois qui les séparent doivent également être aussi minces que possible pour permettre un transfert de chaleur aussi important que possible, tout en gardant les côtés étanches.
Il y a aussi un équilibre qui doit être atteint entre la rugosité de la surface nécessaire pour transférer la chaleur et la chute de pression résultante qui se produit avec des différences de texture variables. Au final, les ingénieurs sont confrontés au défi de réaliser des échangeurs avec des canaux internes complexes et des parois fines à fort rapport d'aspect.
Le prochain défi consiste à reproduire ces conceptions complexes dans la fabrication.
Traditionnellement, les échangeurs de chaleur peuvent être constitués de dizaines de pièces distinctes : feuilles centrales, nez, ailettes et collecteurs multiples, etc. Ces pièces doivent être fabriquées séparément - nécessitant souvent différentes techniques de fabrication comme le moulage et le forgeage - puis finalement brasées et soudées ensemble en une seule pièce centrale.
Ce processus est laborieux et rapide, nécessitant souvent des délais de 12 à 18 mois par itération de conception.
De plus, les échangeurs de chaleur doivent être optimisés pour réduire le poids, en particulier lorsqu'ils sont appliqués aux cas d'utilisation de l'aérospatiale et de l'aviation. Le fait d'avoir des dizaines de pièces disparates réunies ajoute du poids à la pièce finale, ce qui peut affecter les performances globales du moteur.
Les systèmes de fabrication additive conventionnels, bien qu'ils soient une amélioration par rapport à la production plus conventionnelle, ont leurs propres limites.
Pour atteindre le niveau de complexité de la géométrie du canal intérieur nécessaire à l'application finale, les solutions AM conventionnelles nécessitent souvent des structures de support dans le processus d'impression. Ces supports internes sont difficiles à extraire en post-traitement - s'ils peuvent être extraits du tout - ce qui non seulement menace la viabilité de la pièce, mais allonge également les délais.
L'impression sans l'utilisation de supports pour les canaux internes conduit généralement à un mauvais état de surface et à une augmentation de la contre-pression pour l'échangeur de chaleur. De plus, les pièces métalliques fines ont tendance à se fissurer si elles ne sont pas correctement imprimées avec les bons jeux de paramètres. Ils peuvent interférer avec l'acte de recouvrement - un processus où une lame gratte physiquement une nouvelle couche de poudre sur le dessus de la pièce - et endommager la pièce ou la lame de recouvrement, ce qui peut à son tour planter la construction ou perturber l'équipement d'impression.
Construire de meilleurs échangeurs de chaleur avec Advanced Metal AM
Pour vraiment relever les défis de conception et de fabrication présentés par les échangeurs de chaleur, il faut une solution de bout en bout qui fusionne la conception et la fabrication ; c'est la raison pour laquelle Velo3D est à la pointe de la révolution de la production d'échangeurs de chaleur.
En présentant une synergie de logiciels de conception avancés et d'impression 3D métal de nouvelle génération, Velo3D est capable d'atteindre la complexité de la conception dans la phase de construction sans compromettre l'intention de conception.
Grâce à notre exclusivité Flow™, nous sommes en mesure d'attribuer automatiquement le bon jeu de paramètres aux différentes fonctionnalités de l'échangeur de chaleur. Des ailettes métalliques minces, des canaux étanches, des pièces structurelles plus épaisses, reçoivent tous des ensembles de paramètres spécialisés différents optimisés pour imprimer ces géométries. Flow™ prescrit le processus optimal pour construire la pièce entière, consolidant la myriade de pièces généralement utilisées et éliminant la main-d'œuvre et le temps nécessaires à l'assemblage. Ces instructions sont ensuite transmises à l'imprimante pour exécution.
Utilisation de Velo3D SapphireⓇ imprimantes, les ingénieurs peuvent atteindre la complexité nécessaire pour atteindre les mesures de performance clés requises même pour les applications les plus avancées de l'aviation et de l'aérospatiale.
Une partie de ce qui rend le processus d'impression Velo3D si unique est notre capacité à fabriquer des pièces sans avoir besoin de structures de support intensives. En outre, SapphireⓇ les imprimantes sont capables d'obtenir des parois hautes et minces et des angles bas nécessaires au transfert de chaleur. En utilisant un système de recouvrement spécialisé sans contact, le SapphireⓇ peut imprimer des parois minces sans risque d'endommagement des pièces ou de l'imprimante. Le SapphireⓇ rafraîchit le lit de poudre sans entrer en contact avec la pièce grâce à un procédé exclusif et sans contact.
Les échangeurs de chaleur résultants produits par le processus Velo3D peuvent atteindre une surface efficace jusqu'à 60 % supérieure et une chute de pression réduite de 6 fois par rapport aux pièces existantes.
La solution de bout en bout Velo3D réduit également, et souvent élimine, la nécessité de fabriquer et de braser ou de souder plusieurs pièces, ou la nécessité d'un post-traitement intensif endémique aux systèmes AM métalliques conventionnels, ce qui signifie que des pièces peuvent être produites en aussi peu que quatre semaines.
La conception et la production d'échangeurs de chaleur connaissent actuellement une renaissance. Ces pièces essentielles sont réinventées d'une manière qui n'a pas été vue depuis les années 1940. L'innovation présentée dans la fabrication additive métallique avancée permet la production de pièces avec des conceptions plus efficaces et légères capables de transformer d'innombrables industries.
Souhaitez-vous en savoir plus sur la solution de fabrication additive métallique avancée de Velo3D ? Contactez l'un de nos experts dès aujourd'hui pour voir comment nous révolutionnons la fabrication.
