Velo3D の高度な金属積層造形 (AM) の優れた点の XNUMX つは、業界全体がコア部品を製造する方法を変革できることです。 エネルギー分野から宇宙、さらにその先まで、AM の用途は幅広く、特定の業界のニーズに適応できます。
金属 AM について話すとき、この技術が業界全体に与える可能性のある大規模な影響について話す方が簡単な場合があります。 より複雑な形状を備えたより優れた部品の製造から、サプライチェーンの古いモデルを破壊する金属 AM の能力まで。 しかし、この長期的な見方をすると、Velo3D の高度なアプリケーションに関する現実世界の成功事例を見逃してしまいます。 エンドツーエンドメタルAMシステム.
この記事では、中核部品の XNUMX つである熱交換器について説明し、熱交換器が何であるか、従来の製造にこれほどの課題をもたらす理由、および金属 AM が設計と製造の両方で熱交換器をどのように変革するかを説明します。
熱交換器とは何ですか?
熱交換器 は、家電製品からジェットエンジンに至るまで、数え切れないほどのアプリケーションで使用される幅広いカテゴリーのコア部品を表しています。 その名前が示すように、熱交換器は、XNUMX つの熱源を混合することなく、XNUMX つの熱源 (通常は液体または気体) から別のより低温の液体または気体熱源に熱を伝達するように機能します。 熱交換器の目的は、エンジンやその他の機械が過熱することなく効率的に動作できるようにすることです。
熱交換器の設計には、プレートとフィン、シェルとチューブ、チューブとチューブなど、さまざまな種類があります。 それらはすべて、独自の利点、用途、設計形状を持っています。
熱交換器の製造が非常に難しいのはなぜですか?
熱交換器は、設計と製造の両方の面でエンジニアにとって特有の課題となります。
熱交換器の設計では、部品の高温側と低温側の間に最大の表面積が必要です。 側面からの漏れを防ぎながら、できるだけ多くの熱伝達を可能にするために、それらを隔てる壁もできるだけ薄くする必要があります。
また、熱を伝達するのに必要な表面の粗さと、さまざまな質感の違いによって生じる圧力降下との間のバランスも達成する必要があります。 最終的に、エンジニアは、複雑な内部チャネルと薄く高アスペクト比の壁を備えた熱交換器を製造するという課題に直面します。
次の課題は、製造においてこれらの複雑なデザインを再現することです。
従来、熱交換器は、コアシート、ノーズピース、複数のフィンとマニホールドなど、数十の個別の部品から作られていました。 これらの部品は個別に製造する必要があり、多くの場合、鋳造や鍛造などの異なる製造技術が必要になります。その後、最終的にろう付けと溶接を行ってすべてを XNUMX つのコア部品にまとめます。
このプロセスは労働集約的でタイムリーであり、多くの場合、設計の反復ごとに 12 ～ 18 か月のリードタイムが必要です。
さらに、熱交換器は、特に航空宇宙や航空のユースケースに適用される場合、重量を軽減するために最適化する必要があります。 数十の異なる部品を結合すると、最終部品の重量が増加し、エンジン全体の性能に影響を与える可能性があります。
従来の積層造形システムは、従来の生産を改良したものではありますが、独自の制限があります。
最終用途に必要な内部チャネル形状の複雑さのレベルに達するために、従来の AM ソリューションでは、印刷プロセスでサポート構造が必要になることがよくあります。 これらの内部サポートは、たとえ抽出できたとしても後処理で抽出するのが難しく、部品の実行可能性が脅かされるだけでなく、リードタイムも長くなります。
内部チャネルのサポートを使用せずに印刷すると、通常、表面仕上げが不十分になり、熱交換器の背圧が増加します。 さらに、薄い金属パーツは、適切なパラメータ セットで適切にプリントされないと亀裂が入る傾向があります。 これらは、再コーティングの動作 (ブレードが部品の上に新しい粉末層を物理的にこすり取るプロセス) を妨げ、部品またはリコータブレードに損傷を与え、その結果、ビルドがクラッシュしたり、印刷装置が中断されたりする可能性があります。
先進のメタルAMでより優れた熱交換器を構築
熱交換器によってもたらされる設計と製造の課題に真に取り組むには、設計と製造を統合するエンドツーエンドのソリューションが必要です。 それが、Velo3D が熱交換器生産の革命の最前線にある理由です。
Velo3D は、高度な設計ソフトウェアと次世代金属 3D プリンティングの相乗効果を発揮することで、設計意図を損なうことなく、構築段階で設計の複雑さを実現できます。
当社独自のサービスを通じて Flow™ プレプリント ソフトウェアを使用すると、熱交換器のさまざまな機能に適切なパラメータ セットを自動的に割り当てることができます。 薄い金属フィン、漏れのないチャネル、より厚い構造部品はすべて、それらの形状をプリントするために最適化されたさまざまな特殊なパラメータ セットを受け取ります。 Flow™ は、部品全体を構築するための最適なプロセスを規定し、通常使用される無数の部品を統合し、組み立てに必要な労力と時間を排除します。 これらの命令は、実行のためにプリンタに送られます。
Velo3D の使用 SapphireⓇ プリンタ、エンジニアは、航空および航空宇宙分野の最も高度なアプリケーションにさえ必要な主要なパフォーマンス指標を達成するために必要な複雑さを実現できます。
Velo3D プリンティング プロセスを非常にユニークなものにしている理由の XNUMX つは、集中的なサポート構造を必要とせずに部品を製造できることです。 さらに、 SapphireⓇ プリンタは、熱を伝達するために必要な、高くて薄い壁と低い角度を実現できます。 専用の非接触リコータシステムを使用することで、 SapphireⓇ 部品やプリンターに損傷を与えることなく、薄い壁に印刷できます。 の SapphireⓇ 独自の非接触プロセスにより、部品に接触することなくパウダーベッドをリフレッシュします。
Velo3D プロセスを通じて製造された熱交換器は、既存の部品と比較して最大 60% 高い有効表面積と 6 倍の圧力損失を達成できます。
また、Velo3D エンドツーエンド ソリューションは、複数の部品を製造してろう付けまたは溶接する必要性や、従来の金属 AM システムに特有の集中的な後処理の必要性を軽減し、多くの場合排除します。つまり、部品を製造できることになります。最短XNUMX週間で。
熱交換器の設計と製造は現在、ルネサンス期にあります。 これらの中核部分は、1940 年代以来見られなかった方法で再発明されています。 先進的な金属 AM で示されている革新により、無数の業界を変革できる、より効率的で軽量な設計の部品の製造が可能になります。
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