Una delle cose belle dell'avanzata produzione additiva in metallo (AM) di Velo3D è la sua capacità di trasformare il modo in cui intere industrie producono parti fondamentali. Dal settore energetico allo spazio e oltre, le applicazioni per AM sono ampie e adattabili alle esigenze di settori specifici.
Quando parliamo di metal AM, a volte può essere più facile parlare delle implicazioni su larga scala che questa tecnologia può avere su interi settori; dalla produzione di parti migliori con geometrie più complesse, alla capacità di metal AM di interrompere i vecchi modelli di supply chain. In questa prospettiva, tuttavia, ci mancano le storie di successo del mondo reale di parlare di applicazioni specifiche per l'avanzato, sistema AM in metallo end-to-end.
In questo articolo discuteremo una parte fondamentale, lo scambiatore di calore, cosa sono, perché rappresentano una tale sfida per la produzione tradizionale e come l'AM in metallo li sta trasformando sia nella progettazione che nella produzione.
Cosa sono gli scambiatori di calore?
Scambiatori di calore rappresentano un'ampia categoria di parti fondamentali utilizzate in innumerevoli applicazioni, dagli elettrodomestici ai motori a reazione. Come suggerisce il nome, gli scambiatori di calore lavorano per trasferire il calore da una fonte, tipicamente un liquido o un gas, a un'altra fonte liquida o gassosa più fredda senza che queste due fonti debbano mescolarsi. Lo scopo degli scambiatori di calore è consentire ai motori e ad altri macchinari di funzionare in modo efficiente senza surriscaldarsi.
Esistono numerose varietà di design di scambiatori di calore, tra cui piastre e alette, mantello e tubi, tubi e tubi e altro ancora; ognuno dei quali ha vantaggi, applicazioni e geometrie di progettazione unici.
Cosa rende gli scambiatori di calore così difficili da produrre?
Gli scambiatori di calore rappresentano una sfida unica per gli ingegneri sia sul fronte della progettazione che della produzione.
Nella progettazione, gli scambiatori di calore richiedono la massima superficie tra il lato caldo e quello freddo della parte; anche le pareti che li separano devono essere il più sottili possibile per consentire il maggior trasferimento di calore possibile, il tutto mantenendo i lati a tenuta stagna.
C'è anche un equilibrio che deve essere raggiunto tra la rugosità della superficie necessaria per trasferire il calore e la conseguente caduta di pressione che si verifica al variare delle differenze di tessitura. Alla fine, gli ingegneri devono affrontare la sfida di produrre scambiatori con canali interni complessi e pareti sottili e ad alto rapporto di aspetto.
La prossima sfida è riprodurre questi progetti complessi nella produzione.
Tradizionalmente, gli scambiatori di calore possono essere costituiti da dozzine di parti separate: lamiere centrali, ogive, più alette e collettori e altro ancora. Questi pezzi devono essere fabbricati separatamente, spesso richiedendo diverse tecniche di produzione come la fusione e la forgiatura, e infine brasati e saldati tutti insieme in un'unica parte centrale.
Questo processo è laborioso e tempestivo e spesso richiede tempi di consegna di 12-18 mesi per iterazione del progetto.
Inoltre, gli scambiatori di calore devono essere ottimizzati per ridurre il peso, in particolare se applicati a casi d'uso aerospaziali e aeronautici. Avere dozzine di parti disparate unite insieme aggiunge peso alla parte terminale che può influire sulle prestazioni complessive del motore.
I sistemi di produzione additiva convenzionali, pur essendo un miglioramento rispetto alla produzione più convenzionale, hanno i loro limiti.
Per raggiungere il livello di complessità della geometria del canale interno necessario per l'applicazione finale, le soluzioni AM convenzionali spesso richiedono strutture di supporto nel processo di stampa. Questi supporti interni sono difficili da estrarre nella post-elaborazione, ammesso che possano essere estratti, il che non solo minaccia la fattibilità delle parti, ma allunga anche i tempi di consegna.
La stampa senza l'utilizzo di supporti per canali interni porta tipicamente a una scarsa finitura superficiale e ad un aumento della contropressione per lo scambiatore di calore. Inoltre, le parti metalliche sottili tendono a rompersi se non vengono stampate correttamente con i set di parametri corretti. Possono interferire con l'atto di ricopertura, un processo in cui una lama raschia fisicamente un nuovo strato di polvere sopra la parte, e causare danni alla parte o alla lama del rivestimento, che a sua volta può far crollare la costruzione o interrompere l'attrezzatura di stampa.
Costruire scambiatori di calore migliori con Advanced Metal AM
Affrontare veramente le sfide di progettazione e produzione presentate dagli scambiatori di calore richiede una soluzione end-to-end che unisca progettazione e produzione; per questo Velo3D è in prima linea nel rivoluzionare la produzione di scambiatori di calore.
Presentando una sinergia di software di progettazione avanzata e stampa 3D in metallo di nuova generazione, Velo3D è in grado di raggiungere la complessità del design nella fase di costruzione senza compromettere l'intento progettuale.
Attraverso la nostra esclusiva Flow™ software di prestampa, siamo in grado di assegnare automaticamente il giusto set di parametri alle diverse caratteristiche dello scambiatore di calore. Alette metalliche sottili, canali a tenuta stagna, parti strutturali più spesse, tutti ricevono diversi set di parametri specializzati ottimizzati per stampare quelle geometrie. Flow™ prescrive il processo ottimale per costruire l'intera parte, consolidando la miriade di parti tipicamente utilizzate ed eliminando la manodopera e il tempo necessari per l'assemblaggio. Queste istruzioni vengono quindi inviate alla stampante per l'esecuzione.
Usando Velo3D Sapphireⓡ stampatori, gli ingegneri possono raggiungere la complessità necessaria per raggiungere i parametri prestazionali chiave richiesti anche per le applicazioni più avanzate nel settore aeronautico e aerospaziale.
Parte di ciò che rende il processo di stampa Velo3D così unico è la nostra capacità di produrre parti senza la necessità di strutture di supporto intensive. Inoltre, Sapphireⓡ le stampanti sono in grado di ottenere pareti alte e sottili e angoli bassi necessari per trasferire il calore. Utilizzando uno speciale sistema di rivestimento senza contatto, il Sapphireⓡ può stampare pareti sottili senza il rischio di danni alle parti o alla stampante. IL Sapphireⓡ rinfresca il letto di polvere senza entrare in contatto con la parte attraverso un processo proprietario e senza contatto.
Gli scambiatori di calore risultanti prodotti attraverso il processo Velo3D possono raggiungere una superficie effettiva fino al 60% superiore e una caduta di pressione ridotta di 6 volte rispetto alle parti esistenti.
La soluzione end-to-end di Velo3D riduce inoltre, e spesso elimina, la necessità di fabbricare e brasare o saldare più parti insieme, o la necessità di un'intensa post-elaborazione endemica dei tradizionali sistemi AM in metallo, il che significa che le parti possono essere prodotte in appena quattro settimane.
La progettazione e la produzione di scambiatori di calore sta vivendo una rinascita in questo momento. Queste parti fondamentali vengono reinventate in un modo che non si vedeva dagli anni '1940. L'innovazione in mostra in Advanced Metal AM sta consentendo la produzione di parti con design più efficienti e leggeri in grado di trasformare innumerevoli settori.
Sei interessato a saperne di più sulla soluzione AM in metallo avanzata di Velo3D? Mettiti in contatto con uno dei nostri esperti oggi stesso per vedere come stiamo rivoluzionando la produzione.
