Parte di ciò che rende il lavoro che facciamo in Velo3D, così gratificante è che serviamo come facilitatori per alcuni dei progressi tecnologici più all'avanguardia in tutto il mondo. Il nostro supporto alle industrie dell'aviazione, dell'energia e dello spazio in particolare presenta sfide e opportunità uniche per ampliare la comprensione delle capacità della produzione di additivi metallici (AM).
La nostra recente collaborazione con Launcher, una società impegnata nella costruzione del razzo più efficiente al mondo e leader nella simulazione ingegneristica, Ansis, offre un'entusiasmante vetrina di come raggiungiamo l'apparentemente impossibile attraverso software avanzati e rivoluzionarie soluzioni AM in metallo.
"Sono davvero privilegiato e onorato di far parte di questo sforzo", afferma Gene Miller, Senior Applications Engineer per Velo3D. “L'ingegnosità che Launcher sta portando in tavola sta davvero facendo qualcosa di unico; e sono orgoglioso di poterlo abilitare, e di stare davvero sulle spalle dei giganti.
L'ultima puntata della nostra serie Velo3D VELOVirtual presenta una conversazione tra Miller, Max Haot, Fondatore e CEO di Launcher, André Ivankovic, Ingegnere Meccanico per Launchere Sunil Patil, Industry Lead for Turbomachinery and Propulsion presso Ansys, mentre discutono dello sviluppo di parti mission-critical utilizzate in LauncherMotore a razzo liquido Engine-2 (E-2) di .
Guarda la presentazione completa di seguito:
Conoscere il motore a razzo E-2
LauncherIl progetto E-2 di è unico nella sua ambizione: mira a essere il motore a razzo liquido più performante al mondo, alimentato a ossigeno liquido (LOX) e cherosene (RP-1). Il suo utilizzo finale sarà come componente di spinta centrale per LauncherIl razzo leggero di , che effettuerà il suo primo volo di prova nel 2024. L'E-2 mira a essere il motore migliore della categoria per il lancio di piccoli satelliti, con la spinta maggiore, il consumo di propellente più basso e il costo per libbra più basso di spinta nel settore.
Un altro aspetto lungimirante del progetto E-2 è la sua dipendenza dall'AM in metallo. Launcher ha sfruttato la stampa 3D e l'AM in ogni fase dello sviluppo, il che mantiene il progetto a basso costo e, cosa forse più importante, ottimizzato per la produzione di massa.
Per la turbopompa, Launcher ha utilizzato Velo3D per produrre componenti chiave tra cui l'alloggiamento di uscita della pompa, che è stato stampato utilizzando Inconel 718, e un alloggiamento di ingresso della pompa LOX, stampato in lega di alluminio F357. La flessibilità dei materiali e la capacità di stampare con supporti limitati ha consentito un livello di libertà e controllo sul processo di produzione che sarebbe stato molto più costoso e laborioso rispetto alla produzione tradizionale. Ogni componente è stato prodotto in un impianto di produzione a contratto separato, sottolineando la flessibilità di Velo3D rete di partner di produzione a contratto.
Ingegneri presso Launcher avevano requisiti rigorosi per le loro parti stampate. Ad esempio, hanno richiesto che la girante utilizzata nella pompa LOX fosse altamente bilanciata per poter girare a 30,000 giri/min, in condizioni criogeniche, durante il trasporto di ossigeno liquido.
“Voglio sottolineare quanto questo sia significativo. Abbiamo a che fare con un mezzo di ossigeno liquido nella pompa a 30,000 giri/min a circa un megawatt di potenza dalla turbina”, afferma Haot. "In questo tipo di ambiente, a quattromila psi di pressione di scarico, qualsiasi anomalia, qualsiasi sfregamento tra il rotore e lo statore, può provocare uno smontaggio immediato, rapido e non pianificato."
Tuttavia, molte stampanti 3D in metallo faticano a raggiungere questo obiettivo a causa dei limiti di progettazione imposti dai supporti. Per evitare l'uso di supporti interni difficili (o addirittura impossibili) da rimuovere, gli ingegneri sono costretti a inclinare le giranti ad angolo per completare la costruzione. Sebbene ciò possa comportare una parte che sembra una girante funzionale, spesso sono fuori tondo e impossibili da bilanciare entro le tolleranze necessarie per il prodotto finale. La capacità di Velo3D di stampare senza supporti interni significa anche che possiamo stampare la girante piatta e, di conseguenza, tonda. Questa è stata la chiave per consentire la costruzione di Launcherdesign dell'induttore/girante.
Per intraprendere un progetto così ambizioso, Launcher ha arruolato un team di partner senza i quali la loro visione non potrebbe essere realizzata.
Innanzitutto, l'E-2 viene costruito e testato attraverso un programma di ricerca sull'innovazione per le piccole imprese dell'Air Force in collaborazione con la NASA, che ha fornito finanziamenti e l'uso del complesso del banco di prova dello Stennis Space Center nel Mississippi.
Launcher ha anche arruolato Ansys, un partner tecnologico, per aiutare nei modelli di simulazione per garantire che le parti prodotte con AM potessero resistere ai parametri delle condizioni di lancio. Ultimo, ma non per importanza, Launcher utilizzato Velo3D per stampare le parti mission-critical necessarie per la turbopompa LOX.
Sfruttamento del software avanzato
Il viaggio della turbopompa nel cuore della E-2 richiesto Launcher sfruttare una serie di strumenti software avanzati per garantire che il motore sia adatto per i test sul campo.
"Se guardiamo a qualsiasi motore a razzo liquido in grado di raggiungere l'orbita, la turbopompa è una delle parti più impegnative del progetto", afferma Haot, "o almeno metà della sfida. E se si parla di una turbopompa per la combustione a stadi a ciclo chiuso, il livello di sfida aumenta”.
In primo luogo, Launcher ha concesso in licenza un progetto collaudato che ha effettuato più di 70 viaggi in orbita dalla famiglia di razzi Zenit, progettati in Ucraina. Tuttavia, per costruire una turbopompa entro i parametri del risultato desiderato, Launcher necessario prendere quel progetto iniziale, adattarlo e testarlo. Hanno introdotto Ansys come strumento di modellazione per garantire che i loro progetti tradotti potessero resistere a condizioni estreme, in particolare per quanto riguarda l'aumento di pressione richiesto per il loro progetto e la personalizzazione flow percorso che hanno sviluppato.
“Prima di iniziare la produzione, abbiamo collaborato con Ansys per simulare le prestazioni del nostro flow percorso nella nostra pompa LOX", afferma Ivankovic. "Volevamo farlo per garantire che le prestazioni previste fossero in linea con i parametri desiderati per il nostro intero sistema di motori a razzo".
Una volta che la fase di modellazione ha prodotto i risultati desiderati rispetto all'efficienza della pompa, alla prevalenza della pompa e alla cavitazione, il team era pronto a produrre le parti necessarie per i test sul campo. La fase di test è stata estremamente vantaggiosa perché ha contribuito a definire i parametri del processo di produzione, eliminando la necessità di stampe di prova eccessive e iterazioni nel processo di stampa.
"La scienza missilistica a volte può essere scoraggiante", afferma Patil, "ma la simulazione aiuta almeno a rendere relativamente semplice il processo di progettazione dei componenti critici del motore a razzo".
Fusione di software avanzato con processi di produzione di nuova generazione
Con design ottimizzati e testati su modelli in mano, il Launcher team era pronto per iniziare la fase di produzione per preparare la turbopompa per i test sul campo. A causa della natura delle parti, stavano sfruttando l'AM in metallo per produrre, si sono rivolti a Velo3D.
La nostra capacità di ottenere angoli bassi e canali interni di alta qualità con supporti minimi ha permesso la produzione di Launcher design dell'ingresso, gruppo combinato induttore/girante e uscita della voluta.
Parte della sfida con un progetto come Launcher's sta offrendo progetti che hanno già subito così tante modellazioni, perfezionamenti e iterazioni. Con la soluzione full-stack Velo3D e la sinergia tra i ns FlowTM software e Sapphire® stampanti, tuttavia, siamo stati in grado di fornire anche i progetti più complicati.
“L'ultima cosa che vogliamo fare è tornare indietro e dire: 'No. Non possiamo costruirlo. Rifare qualcosa'”, dice Miller. “In questo caso, non dovevamo farlo affatto. Abbiamo preso la geometria come ottimizzata, come progettata e stampata senza compromessi.
Con l'aiuto di Velo3D e Ansys, LauncherI test sul campo di hanno avuto successo, soddisfacendo o superando tutti i parametri di efficienza. Il progetto è attualmente in fase di test per un induttore/girante stampato Velo3D, che approfondirà ulteriormente i contributi che Metal AM sta dando verso LauncherL'obiettivo finale del loro progetto E-2 e del razzo leggero.
Il nostro lavoro con Launcher e Ansys è solo un esempio di ciò che può essere realizzato quando il software e la modellazione di nuova generazione si combinano con processi di produzione rivoluzionari nell'AM in metallo. Il cielo non è letteralmente più il limite.
Se sei interessato a saperne di più su come Velo3D Advanced Metal AM può trasformare il tuo processo di produzione, contattateci con uno dei nostri ingegneri esperti oggi.
