Du contrôle de la chaîne d'approvisionnement à la révolution de la conception des pièces centrales, la fabrication additive métallique est une force perturbatrice dans d'innombrables industries.
Dans cet article, nous examinerons les défis uniques auxquels les ingénieurs sont confrontés lors de la production d'une application en particulier, les turbopompes, et comment Velo3D solution de fabrication additive métallique avancée redéfinit ce processus dans la conception, la fabrication et la qualification.
Que sont les turbopompes ?
Turbopompes sont des composants essentiels dans tout, des moteurs de fusée aux voitures de course. Ces pièces centrales fonctionnent en convertissant l'énergie mécanique en pression. L'élément de travail principal d'une turbopompe est la roue à aubes, qui peut être ouverte ou fermée (enveloppée).
Les turbines sont composées de nombreuses pales fixées à un moyeu interne qui doivent résister à des régimes élevés, à une pression intense et parfois à des conditions environnementales corrosives.
Un autre élément clé est la section de volute qui canalise le fluide et contrôle en outre la montée en pression.
Qu'est-ce qui rend les turbopompes si difficiles à produire ?
Les turbopompes et les roues et volutes qui les composent représentent un défi unique pour les ingénieurs, tant en conception qu'en production.
Le principal défi de la conception est de trouver un équilibre entre déplacer le fluide à grande vitesse et éviter les effets néfastes de la cavitation. Cet équilibre nécessite des géométries de lame et de canal précises. De plus, les pièces doivent résister à des contraintes élevées en RPM, tournant à des dizaines de milliers de RPM.
Les techniques de fabrication traditionnelles (machines CNC) ont du mal à produire des roues à aubes car les canaux internes sont souvent difficiles d'accès avec un foret.
Les roues à carénage reposent depuis longtemps sur l'usinage à cinq axes dans la fabrication, par exemple, la roue inférieure et le carénage étant créés en tant que pièces séparées, qui sont ensuite brasées ou soudées ensemble à l'aide d'EBM.
Les pièces sans ligne de vue directe sur la surface d'usinage nécessitent des techniques d'usinage différentes ou peuvent même être impossibles à fabriquer.
Ce processus a tendance à être coûteux et à faible rendement, et le cycle de vie de production qui en résulte peut prendre des mois et nécessiter plusieurs phases de fabrication avant qu'une pièce finale ne soit prête pour les tests de rotation opérationnels.
Cela limite la fenêtre de conception pour les ingénieurs qui tentent d'optimiser pleinement ces pièces.
Les sections en volute créent des défis supplémentaires. Avec une réduction de diamètre en pente presque organique dans tout le canal en spirale, les volutes circulaires ont tendance à être coulées. Cela crée des problèmes de délais importants si un ingénieur peut trouver un fournisseur. Pour les commandes de petites quantités, cela peut être difficile.
La complexité et les délais de fabrication des turbopompes en font un candidat de choix pour la FA. Cependant, les systèmes AM conventionnels luttent pour bon nombre des mêmes raisons que les solutions traditionnelles.
Les imprimantes conventionnelles ont du mal avec les angles faibles causés par la conception de la lame et le carénage de la roue. Pour surmonter ces angles faibles, de nombreux ingénieurs AM essaieront d'ajouter des supports ou d'orienter (incliner) la pièce pendant l'impression.
Avec des supports, un machiniste de post-traitement devra retirer les supports et reconditionner la surface supportée. Ceci est souvent difficile ou impossible pour les mêmes raisons que la fabrication traditionnelle ne peut pas fabriquer la pièce - pas d'accès direct à la surface.
L'inclinaison de la pièce crée encore plus de défis. L'impression est un processus de fusion et de solidification du métal, couche après couche, pour des milliers de couches. Ce processus de chauffage et de refroidissement du métal crée un stress.
L'impression asymétrique à une inclinaison entraîne l'impression d'une pièce non arrondie ou « déformée ». L'inclinaison de la pièce entraîne des impressions qui ne peuvent pas être équilibrées et échoueront à un test de rotation. Pour les pièces qui finissent par tourner à très haut régime, cela s'avère problématique.
Comment la FA métal avancée transforme la conception et la production des turbopompes
La solution avancée de fabrication additive métallique de bout en bout de Velo3D est parfaitement adaptée aux défis de la conception et de la fabrication de turbopompes.
Sapphire® les imprimeurs peuvent exécuter des conceptions de roue ambitieuses sans compromettre l'intention de conception.
La solution Velo3D utilise un processus de fabrication avancé, ce qui signifie qu'elle peut atteindre des angles faibles et des porte-à-faux bien inférieurs à 45 degrés sans avoir besoin de structures de support exhaustives.
Ceci est particulièrement utile dans les composants tels que les roues à aubes enveloppées, où ces structures de support peuvent être presque impossibles à retirer. Et s'il est retiré, il risque d'endommager les surfaces des éléments critiques flow canaux. Cela peut réduire les performances de la pièce et nuire à sa durée de vie.
Non seulement le Sapphire® L'imprimante 3D métal élimine le besoin de supports, mais elle élimine également le besoin d'incliner la pièce. Cela signifie que les pièces s'impriment conformément à l'intention de conception sans se déformer.
Les ingénieurs sont en mesure d'équilibrer et de tester ces turbines, d'éviter d'endommager la finition de surface et de réduire les coûts et les risques de post-traitement. Le résultat est une pièce équilibrée avec une chute de pression réduite et un fonctionnement constant et efficace. flow voies d'accès
En tant que solution complète de bout en bout, Velo3D comprend également un logiciel de surveillance des processus qui est essentiel à la validation des pièces dans des secteurs tels que l'aérospatiale et l'énergie avec des niveaux de surveillance élevés.
Assure™ le logiciel surveille la construction et l'imprimante à chaque étape du processus, s'assurant en permanence que la construction est réussie. Lorsque la construction est terminée, les équipes d'ingénierie se retrouvent avec des rapports détaillés sur l'intégrité de la pièce qui peuvent servir de base à la qualification.
En intégrant le processus de conception, de production et de qualification sur un seul système, Velo3D crée un système fiable et reproductible.
Lorsqu'une pièce est conçue et produite avec succès selon la norme requise, ces paramètres et instructions de construction peuvent être appliqués à la demande. Nous appelons le fichier de conception résultant un "Fichier d'impression d'or», ce qui signifie que cette pièce peut être imprimée sur n'importe quelle imprimante Velo3D partout dans le monde en utilisant le même matériau.
La agilité de la chaîne d'approvisionnement qui découle de cette répétabilité signifie des délais d'approvisionnement considérablement réduits pour les pièces de rechange.
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.
