サプライ チェーンの管理からコア パーツの設計方法の革新まで、金属 AM は無数の業界で破壊的な力となっています。
この記事では、エンジニアが特に 3 つのアプリケーション、ターボポンプを作成する際に直面する固有の課題と、VeloXNUMXD がどのように 高度な金属 AM ソリューション 設計、製造、認定におけるそのプロセスを再定義しています。
ターボポンプとは
ターボポンプ ロケットエンジンからレースカーまで、あらゆるものに不可欠なコンポーネントです。 これらのコア部品は、機械エネルギーを圧力に変換することによって機能します。 ターボポンプの主な作動要素はインペラーで、開閉する (シュラウド付き) ことができます。
インペラーは、内部ハブに取り付けられた多数のブレードで構成されており、高 RPM、強い圧力、時には腐食性の環境条件に耐える必要があります。
もう XNUMX つの重要なコンポーネントは、流体を流し、さらに圧力上昇を制御するボリュート セクションです。
ターボポンプの製造が難しい理由は何ですか?
ターボポンプと、それらを構成するインペラーとボリュートは、設計と生産の両方においてエンジニアにとって独特の課題です。
設計における主な課題は、流体を高速で移動させることと、キャビテーションの有害な影響を回避することとの間のバランスを達成することです。 このバランスには、正確なブレードとチャネルの形状が必要です。 さらに、パーツは、数万 RPM で回転する高 RPM ストレスに耐える必要があります。
従来の製造 (CNC マシン) 技術では、シュラウド付きインペラを製造する際に苦労します。これは、内部チャネルにドリル ビットでアクセスするのが難しいことが多いためです。
シュラウド付きインペラは、長い間、製造において XNUMX 軸加工に依存してきました。たとえば、下部インペラとシュラウドの両方を別々の部品として作成し、EBM を使用してろう付けまたは溶接します。
機械加工面を直接見渡せない部品は、別の機械加工技術を必要とするか、製造が不可能な場合さえあります。
このプロセスはコストがかかり、歩留まりが低くなる傾向があり、結果として得られる生産ライフサイクルには数か月かかり、最終部品が運用スピンテストの準備が整うまでに複数の製造フェーズが必要になる場合があります。
これにより、これらの部品を完全に最適化しようとするエンジニアの設計ウィンドウが制限されます。
ボリュート セクションは、追加の課題を作成します。 らせん状のチャネル全体で直径がほぼ有機的に傾斜して減少するため、円形の渦巻きが鋳造される傾向があります。 これにより、エンジニアがサプライヤーを見つけることができる場合、リード タイムに大きな問題が生じます。 少量の注文の場合、これは困難な場合があります。
ターボポンプの複雑さと製造の遅れにより、ターボポンプは AM の最有力候補となっています。 ただし、従来の AM システムは、従来のソリューションと同じ多くの理由で苦労しています。
従来のプリンターは、ブレードの設計とインペラーのシュラウドに起因する角度の低さに苦労していました。 これらの低い角度を克服するために、多くの AM エンジニアは、造形中にサポートを追加したり、パーツの向きを変えたり (傾けたり) しようとします。
サポートがある場合、後処理の機械工がサポートを取り外し、サポートされている表面を再調整する必要があります。 これは、従来の製造では部品を作成できないのと同じ理由で、しばしば困難または不可能です。つまり、表面への明確な視線アクセスがありません。
パーツを傾けると、さらに多くの課題が生じます。 印刷は、金属を何層にも重ねて何千層も溶かして固化させるプロセスです。 金属を加熱および冷却するこのプロセスにより、応力が発生します。
傾斜して非対称に印刷すると、パーツが丸く印刷されたり、「ゆがんだ」状態になります。 パーツを傾けると、プリントのバランスが取れず、スピン テストに失敗します。 最終的に非常に高い RPM で回転する部品の場合、これは問題であることがわかります。
高度な金属 AM がターボポンプの設計と製造をどのように変革するか
Velo3D の高度なエンド ツー エンドの金属 AM ソリューションは、ターボポンプの設計と製造の課題に特に適しています。
Sapphire® プリンターは、設計意図を損なうことなく、野心的なインペラー設計を実行できます。
Velo3D ソリューションは高度な製造プロセスを使用しています。つまり、徹底的なサポート構造を必要とせずに、低い角度と 45 度をはるかに下回るオーバーハングを実現できます。
これは、これらのサポート構造を取り外すのがほぼ不可能な、シュラウド付きインペラーのようなコンポーネントで特に価値があります。 また、取り外した場合、重要なコンポーネントの表面を損傷するリスクがあります flow チャンネル。 これにより、部品の性能が低下し、部品の寿命が損なわれる可能性があります。
だけでなく Sapphire® 金属 3D プリンターを使用すると、サポートが不要になりますが、パーツを傾ける必要もなくなります。 これは、部品がゆがむことなく設計意図に忠実に印刷されることを意味します。
エンジニアは、これらのインペラーのバランスとスピン テストを行い、表面仕上げへの損傷を回避し、後処理のコストとリスクを削減できます。 その結果、圧力損失が減少し、一貫した効率的なバランスのとれた部品が得られます flow 経路。
完全なエンド ツー エンド ソリューションとして、Velo3D はプロセス監視ソフトウェアも備えています。これは、航空宇宙やエネルギーなどの業界で高レベルの監視が必要な部品の検証に不可欠です。
Assure™ ソフトウェアは、プロセスのすべてのレイヤーを通じてビルドとプリンターを監視し、ビルドが成功することを継続的に保証します。 ビルドが完了すると、エンジニアリング チームは認定の基礎となる部品の完全性に関する詳細なレポートを残されます。
設計、製造、認定プロセスを 3 つのシステムに統合することで、VeloXNUMXD は信頼性が高く再現可能なシステムを作成します。
部品が必要な規格に合わせて正常に設計および製造されると、それらのビルド パラメータと指示をオンデマンドで適用できます。 結果の設計ファイルを「ゴールデン プリント ファイルつまり、同じ材料を使用して、世界中のどこにいても Velo3D プリンターで部品を印刷できるということです。
サプライチェーンの俊敏性 この再現性から生じることは、交換部品のリードタイムが大幅に短縮されることを意味します。
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