Une partie de ce qui fait le travail que nous faisons chez Velo3D, si gratifiant est que nous servons de facilitateurs pour certaines des avancées technologiques les plus avancées au monde. Notre soutien aux industries de l'aviation, de l'énergie et de l'espace en particulier présente des défis et des opportunités uniques pour élargir la compréhension des capacités de la fabrication additive métallique (FA).
Notre récente collaboration avec Launcher, une entreprise engagée dans la construction de la fusée la plus efficace au monde et leader de la simulation d'ingénierie, Ansys, offre une vitrine passionnante sur la façon dont nous réalisons ce qui semble impossible grâce à des logiciels avancés et à des solutions FA métal révolutionnaires.
"Je suis vraiment privilégié et honoré de faire partie de cet effort", a déclaré Gene Miller, Ingénieur d'applications senior pour Velo3D. "L'ingéniosité qui Launcher apporte à la table fait vraiment quelque chose d'unique ; et je suis fier de pouvoir permettre cela, et de vraiment me tenir sur les épaules de géants.
Le dernier épisode de notre série Velo3D VELOVirtual présente une conversation entre Miller, Max Haot, Fondateur et PDG de Launcher, André Ivankovic, ingénieur mécanique pour Launcheret Sunil Patil, responsable de l'industrie pour les turbomachines et la propulsion chez Ansys, alors qu'ils discutent du développement de pièces critiques utilisées dans LauncherMoteur de fusée liquide Engine-2 (E-2).
Regardez la présentation complète ci-dessous:
Apprendre à connaître le moteur de fusée E-2
LauncherLe projet E-2 de est unique dans son ambition : il vise à être le moteur de fusée liquide le plus performant au monde, fonctionnant à l'oxygène liquide (LOX) et au kérosène (RP-1). Son utilisation finale sera comme élément de poussée central pour Launcher's Light rocket, qui devrait effectuer son premier vol d'essai en 2024. L'E-2 vise à être le meilleur moteur de sa catégorie pour le lancement de petits satellites, avec la plus grande poussée, la plus faible consommation de propulseur et le coût le plus bas par livre de poussée dans l'industrie.
Un autre aspect avant-gardiste du projet E-2 est sa dépendance à la FA métallique. Launcher a tiré parti de l'impression 3D et de la FA à chaque étape du développement, ce qui maintient le projet à faible coût et, peut-être le plus important, optimisé pour la production de masse.
Pour la turbopompe, Launcher a utilisé Velo3D pour fabriquer des composants clés, notamment le boîtier de sortie de pompe, qui a été imprimé à l'aide d'Inconel 718, et un boîtier d'entrée de pompe LOX, imprimé en alliage d'aluminium F357. La flexibilité des matériaux et la possibilité d'imprimer avec des supports limités ont permis un niveau de liberté et de contrôle sur le processus de fabrication qui aurait été beaucoup plus coûteux et exigeant en main-d'œuvre par rapport à la fabrication traditionnelle. Chaque composant a été fabriqué dans une usine de fabrication sous contrat distincte, ce qui met l'accent sur la flexibilité de Velo3D réseau de partenaires de fabrication sous contrat.
Ingénieurs à Launcher avaient des exigences strictes pour leurs pièces imprimées. Par exemple, ils ont exigé que la turbine utilisée dans la pompe LOX soit très équilibrée afin de tourner à 30,000 XNUMX tr/min, dans des conditions cryogéniques, tout en transportant de l'oxygène liquide.
«Je tiens à souligner à quel point cela est important. Nous avons affaire à un milieu d'oxygène liquide dans la pompe à 30,000 XNUMX tr/min à environ un mégawatt de puissance de la turbine », explique Haot. "Dans ce type d'environnement, à quatre mille psi de pression de refoulement, toute anomalie, tout frottement entre le rotor et le stator, peut entraîner un démontage immédiat, rapide et non planifié."
Cependant, de nombreuses imprimantes 3D métal ont du mal à atteindre cet objectif en raison des limitations de conception imposées par les supports. Pour éviter l'utilisation de supports internes difficiles (voire impossibles) à retirer, les ingénieurs sont obligés d'incliner les roues à un angle pour terminer la construction. Bien que cela puisse donner une pièce qui ressemble à une roue fonctionnelle, elle est souvent ovale et impossible à équilibrer dans les tolérances nécessaires pour le produit final. La capacité de Velo3D à imprimer sans supports internes signifie également que nous pouvons imprimer la roue à plat et, par conséquent, ronde. Cela a été essentiel pour permettre la construction de Launcherconception de l'inducteur/roue à aubes.
Pour se lancer dans un projet aussi ambitieux, Launcher a enrôlé une équipe de partenaires sans qui leur vision ne pourrait se réaliser.
Avant tout, l'E-2 est construit et testé dans le cadre d'un programme de recherche sur l'innovation des petites entreprises de l'Air Force en collaboration avec la NASA, qui a fourni le financement et l'utilisation du complexe de bancs d'essai du Stennis Space Center dans le Mississippi.
Launcher a également fait appel à Ansys, un partenaire technologique, pour aider dans les modèles de simulation afin de garantir que les pièces fabriquées avec AM pourraient résister aux paramètres des conditions de lancement. Enfin et surtout, Launcher a utilisé Velo3D pour imprimer les pièces critiques nécessaires à la turbopompe LOX.
Exploiter un logiciel avancé
Le parcours de la turbopompe au cœur de l'E-2 oblige Launcher de tirer parti d'un certain nombre d'outils logiciels avancés pour s'assurer que le moteur serait adapté aux tests sur le terrain.
"Si nous regardons n'importe quel moteur de fusée à liquide capable d'atteindre l'orbite, la turbopompe est l'une des parties les plus difficiles du projet", dit Haot, "ou à tout le moins, la moitié du défi. Et si vous parlez d'une turbopompe pour un cycle fermé de combustion à étages, ce niveau de défi augmente.
Tout d'abord, Launcher a autorisé une conception éprouvée qui a effectué plus de 70 voyages en orbite à partir de la famille de fusées Zenit, conçue en Ukraine. Pourtant, afin de construire une turbopompe dans les paramètres de leur résultat souhaité, Launcher besoin de prendre cette conception initiale, de l'adapter et de la tester. Ils ont fait appel à Ansys comme outil de modélisation pour s'assurer que leurs conceptions traduites pourraient résister aux conditions extrêmes, notamment en ce qui concerne la montée en pression requise pour leur conception et la personnalisation. flow chemin qu'ils ont développé.
"Avant de nous lancer dans la fabrication, nous avons travaillé avec Ansys pour simuler les performances de notre flow chemin dans notre pompe LOX », déclare Ivankovic. "Nous voulions faire cela pour nous assurer que les performances prévues étaient conformes aux paramètres souhaités pour l'ensemble de notre système de moteur de fusée."
Une fois que la phase de modélisation a donné les résultats souhaités en ce qui concerne l'efficacité de la pompe, la tête de pompe et la cavitation, l'équipe était prête à fabriquer les pièces nécessaires aux essais sur le terrain. La phase de test a été extrêmement bénéfique car elle a permis d'informer les paramètres du processus de fabrication, ce qui a supprimé le besoin d'impressions de test excessives et d'itérations dans le processus d'impression.
"La science des fusées peut parfois être intimidante", dit Patil, "mais la simulation aide au moins à rendre le processus de conception des composants critiques du moteur-fusée relativement simple."
Fusion de logiciels avancés avec des processus de fabrication de nouvelle génération
Avec des conceptions optimisées et testées sur modèle en main, le Launcher L'équipe était prête à commencer la phase de fabrication pour obtenir leur ensemble de turbopompes pour des tests sur le terrain. En raison de la nature des pièces, ils utilisaient la FA métallique pour produire, ils se sont tournés vers Velo3D.
Notre capacité à obtenir des angles faibles et des canaux internes de haute qualité avec un minimum de supports a permis la production de Launcher la conception de l'entrée, l'ensemble combiné inducteur/roue et la sortie de la volute.
Une partie du défi avec un projet comme Launcher's propose des conceptions qui ont déjà fait l'objet de tant de modélisations, de raffinements et d'itérations. Avec la solution full-stack Velo3D et la synergie entre nos FlowTM logiciel et Sapphire® imprimeurs, cependant, nous avons pu livrer même les conceptions les plus compliquées.
«La dernière chose que nous voulons faire est de revenir en arrière et de dire:« Non. Nous ne pouvons pas construire cela. Refaire quelque chose », dit Miller. « Dans ce cas, nous n'avions pas du tout à le faire. Nous avons pris la géométrie comme optimisée, telle que conçue et imprimée sans compromis.
Avec l'aide de Velo3D et Ansys, LauncherLes tests sur le terrain de se sont avérés fructueux, atteignant ou dépassant toutes les mesures d'efficacité. Le projet est actuellement en phase de test pour un inducteur/roue imprimé Velo3D, qui approfondira davantage les contributions de la FA métallique à Launcherl'objectif final de leur projet E-2 et fusée légère.
Notre travail avec Launcher et Ansys n'est qu'un exemple de ce qui peut être accompli lorsque les logiciels et la modélisation de nouvelle génération se combinent avec des processus de fabrication révolutionnaires dans la FA métallique. Le ciel n'est littéralement plus la limite.
Si vous souhaitez en savoir plus sur la façon dont Velo3D Advanced Metal AM peut transformer votre processus de fabrication, entrez en contact avec l'un de nos ingénieurs experts aujourd'hui.
