Dal controllo della catena di approvvigionamento alla rivoluzione del modo in cui vengono progettate le parti fondamentali, l'AM in metallo è una forza dirompente in innumerevoli settori.
In questo articolo esamineremo le sfide uniche che gli ingegneri devono affrontare quando producono un'applicazione in particolare, le turbopompe, e come Velo3D soluzione AM in metallo avanzata sta ridefinendo quel processo nella progettazione, produzione e qualificazione.
Cosa sono le turbopompe?
Turbopompe sono componenti essenziali in qualsiasi cosa, dai motori a razzo alle auto da corsa. Queste parti fondamentali funzionano convertendo l'energia meccanica in pressione. L'elemento di lavoro principale di una turbopompa è la girante, che può essere aperta o chiusa (rivestita).
Le giranti sono costituite da numerose pale fissate a un mozzo interno che devono resistere a regimi di rotazione elevati, pressioni intense e condizioni ambientali talvolta corrosive.
Un altro componente chiave è la sezione a voluta che incanala il fluido e controlla ulteriormente l'aumento della pressione.
Cosa rende le turbopompe così difficili da produrre?
Le turbopompe, le giranti e le volute che le compongono rappresentano una sfida unica per gli ingegneri sia nella progettazione che nella produzione.
La sfida principale nella progettazione è raggiungere un equilibrio tra lo spostamento del fluido ad alta velocità e l'evitare gli effetti dannosi della cavitazione. Questo equilibrio richiede precise geometrie di pale e canali. Inoltre, le parti devono sopportare elevate sollecitazioni RPM, ruotando a decine di migliaia di RPM.
Le tecniche di produzione tradizionali (macchine CNC) hanno difficoltà nella produzione di giranti rivestite perché i canali interni sono spesso di difficile accesso con una punta da trapano.
Le giranti rivestite si sono a lungo affidate alla lavorazione a cinque assi nella produzione, ad esempio, con la girante inferiore e la protezione creata come pezzi separati, che vengono poi brasati o saldati insieme utilizzando l'EBM.
Le parti senza una linea di vista diretta sulla superficie di lavorazione richiedono tecniche di lavorazione diverse o possono addirittura essere impossibili da produrre.
Questo processo tende a essere costoso ea basso rendimento e il ciclo di vita della produzione risultante può richiedere mesi e richiedere più fasi di produzione prima che una parte finale sia pronta per il test di rotazione operativo.
Ciò limita la finestra di progettazione per gli ingegneri che cercano di ottimizzare completamente queste parti.
Le sezioni a voluta creano ulteriori sfide. Con una riduzione di diametro inclinata quasi organica in tutto il canale a spirale, le volute circolari tendono ad essere fuse. Ciò crea notevoli problemi di lead time se un ingegnere riesce a trovare un fornitore. Per ordini di piccole quantità, questo può essere difficile.
La complessità e i ritardi di produzione delle turbopompe le rendono un ottimo candidato per l'AM. Tuttavia, i sistemi AM convenzionali sono in difficoltà per molti degli stessi motivi delle soluzioni tradizionali.
Le stampanti convenzionali lottano con gli angoli bassi causati dal design della lama e dalla copertura della girante. Per superare questi angoli bassi, molti ingegneri AM cercheranno di aggiungere supporti o orientare (inclinare) la parte durante la stampa.
Con i supporti, un macchinista di post-elaborazione dovrà rimuovere i supporti e ricondizionare la superficie supportata. Questo è spesso difficile o impossibile per gli stessi motivi per cui la produzione tradizionale non è in grado di realizzare la parte: nessuna chiara linea di accesso visivo alla superficie.
Inclinare la parte crea ancora più sfide. La stampa è un processo di fusione e solidificazione del metallo, strato dopo strato, per migliaia di strati. Questo processo di riscaldamento e raffreddamento del metallo crea stress.
La stampa asimmetrica con un'inclinazione fa sì che la parte venga stampata fuori arrotondamento o "deformata". L'inclinazione della parte produce stampe che non possono essere bilanciate e falliranno un test di rotazione. Per le parti che alla fine ruotano a RPM molto elevati, ciò si rivela problematico.
In che modo l'AM in metallo avanzato trasforma la progettazione e la produzione di turbopompe
L'avanzata soluzione AM in metallo end-to-end Velo3D è particolarmente adatta alle sfide della progettazione e produzione di turbopompe.
Sapphire® gli stampatori possono eseguire progetti di giranti ambiziosi senza compromettere l'intento progettuale.
La soluzione Velo3D utilizza un processo di produzione avanzato, il che significa che può raggiungere angoli bassi e sporgenze ben al di sotto dei 45 gradi senza la necessità di strutture di supporto esaustive.
Ciò è particolarmente utile in componenti come le giranti rivestite, dove queste strutture di supporto possono essere quasi impossibili da rimuovere. E se rimosso, rischia di danneggiare le superfici del critico flow canali. Ciò può ridurre le prestazioni della parte e danneggiarne la durata.
Non solo il Sapphire® la stampante 3D in metallo elimina la necessità di supporti, ma elimina anche la necessità di inclinare la parte. Ciò significa che le parti vengono stampate fedelmente all'intento progettuale senza deformazioni.
Gli ingegneri sono in grado di bilanciare e testare la rotazione di queste giranti, evitare danni alla finitura superficiale e ridurre i costi e i rischi di post-elaborazione. Il risultato è una parte bilanciata con caduta di pressione ridotta e costante ed efficiente flow percorsi.
Come soluzione end-to-end completa, Velo3D dispone anche di un software di monitoraggio dei processi che è fondamentale per la convalida delle parti in settori come quello aerospaziale ed energetico con alti livelli di supervisione.
Assure™ il software monitora la costruzione e la stampante attraverso ogni livello del processo, assicurando continuamente che la costruzione abbia successo. Al termine della costruzione, ai team di ingegneri vengono lasciati rapporti dettagliati sull'integrità della parte che possono fungere da base per la qualificazione.
Integrando il processo di progettazione, produzione e qualificazione in un unico sistema, Velo3D crea un sistema affidabile e ripetibile.
Quando una parte viene progettata e prodotta con successo secondo lo standard richiesto, i parametri e le istruzioni di costruzione possono essere applicati su richiesta. Chiamiamo il file di progettazione risultante "File di stampa d'oro”, il che significa che la parte può essere stampata su qualsiasi stampante Velo3D in qualsiasi parte del mondo utilizzando lo stesso materiale.
I agilità della catena di approvvigionamento che deriva da questa ripetibilità significa tempi di consegna drasticamente ridotti per le parti di ricambio.
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.
