Un motor a fost creat în câteva zile folosind procesul SLM

Răcire bine gândită, construcție ușoară consistentă și un material greu de prelucrat - un caz pentru fabricarea aditivă. Cu procesul SLM, s-a creat un motor monolitic în scurt timp.

motor

  • Cellcore și SLM Solutions fabrică un motor din materialul IN718 utilizând procesul SLM, care combină mai multe componente individuale într-o singură componentă.
  • Prin utilizarea procesului de fabricație aditivă, timpul de fabricație ar putea fi redus la cinci zile lucrătoare.
  • Cu tehnologia SLM, se pot face economii semnificative de costuri prin economisirea etapelor de fabricație scumpe și consumatoare de timp și prin simplificarea structurii motorului.

În construcția convențională, canalele de răcire sunt frezate într-un martor și apoi închise din nou în mai multe etape de lucru. Dacă doriți să fabricați un motor cu structuri complexe, aceasta înseamnă că întreaga producție durează cel puțin șase luni și, prin urmare, este foarte costisitoare. Cerințele din industria aerospațială sunt, de asemenea, extrem de ridicate. Nu numai că este necesară o construcție ușoară consistentă, materialele trebuie să reziste și la sarcini deosebit de mari.

Topirea selectivă cu laser (SLM, Selective Laser Melting) oferă o gamă largă de opțiuni în fabricarea aditivă pe bază de metale a componentelor. Acestea pot fi, de exemplu, produse direct cu structuri interne și într-o construcție ușoară consistentă. Un alt avantaj este integrarea mai multor componente într-o componentă. Această integrare funcțională și un nivel scăzut al costurilor post-procesare duc la economii considerabile de costuri în procesul de fabricație. Folosind un motor rachetă, Cellcore a arătat acum cum avantajele procesului SLM pot fi utilizate în mod optim în industria aerospațială. În colaborare cu SLM Solutions, a fost creată o piesă de prelucrat monolită din materialul IN718.

Motorul fabricat de Cellcore și SLM Solutions este o cameră de împingere, elementul de bază al unui motor lichid cu un perete al camerei de ardere, intrare combustibil și un cap de injecție cu intrare pentru oxidant. O reacție chimică are loc în camera de ardere care eliberează un gaz. Acest gaz se extinde datorită dezvoltării căldurii și este expulzat cu o forță enormă. Acest lucru creează forța necesară pentru a propulsa racheta prin recul. În timpul procesului de ardere, apar temperaturi foarte ridicate în cameră, motiv pentru care peretele trebuie răcit pentru a nu arde. În acest scop, combustibilul lichid, kerosenul sau hidrogenul, este direcționat în sus prin canalele de răcire din peretele camerei de ardere înainte de a intra în camera de ardere prin capul de injecție. Acolo combustibilul se amestecă cu oxidantul și este ars cu ajutorul unei bujii.

Răcirea structurii filigrane pentru a crește eficiența

Prin utilizarea procesului de fabricație aditivă de la SLM Solutions, timpul de fabricație ar putea fi redus la cinci zile lucrătoare, ceea ce duce la economii considerabile de timp și costuri. Motorul rachetă monolitic realizat cu tehnologia SLM, format dintr-un injector și o cameră de împingere, combină un design integral, adică combinația dintre numeroasele componente individuale într-o singură componentă, cu construcție ușoară multifuncțională.

Elementul de bază este structura internă dezvoltată de Cellcore, care poate fi fabricată numai utilizând tehnologia SLM. Garantează stabilitate și este potrivit pentru transportul de căldură. Proprietățile acestei răciri structurale depășesc în mod clar abordările convenționale, cum ar fi canalele de răcire dreptunghiulare, concentrice. Răcirea structurală oferă un raport optim între stabilitate și utilizare în masă și are o rezistență scăzută la curgere, cu o suprafață ridicată în același timp. Nu este doar mai eficient, ci integrează și funcții suplimentare. Structura de rețea asigură, de asemenea, o reducere a greutății în comparație cu componentele fabricate convențional.

Procesul SLM procesează aliajul de nichel-crom

SLM Solutions a sprijinit Cellcore în pregătirea componentei complexe pentru a o pregăti optim pentru procesul SLM. Aceasta a inclus dezvoltarea de parametri specifici pentru geometria componentelor, inclusiv optimizarea pielii, precum și orientarea optimă a componentelor în spațiul de instalare. Pentru a evita greșelile, au fost identificate și zone critice de construcție, care au asigurat succesul lucrării de construcție. Pentru a satisface cerințele ridicate de material din industria aerospațială, motorul este fabricat din aliaj de nichel-crom IN718. IN718 este un material rezistent la precipitații, care are rezistențe excelente la tracțiune, oboseală, fluare și rupere până la o temperatură de 700 ° C. Acest lucru face din IN718 un aliaj important pentru componentele aeronavelor și turbinei cu gaz, precum și pentru alte aplicații diverse la temperaturi ridicate, cum ar fi propulsia rachetelor. În procesarea convențională, materialul este greu de prelucrat cu uzură ridicată a sculei.

Motorul a fost tipărit pe aparatul SLM 280 de la SLM Solutions. Spațiul de instalare al mașinii măsoară 280 mm × 280 mm × 365 mm și funcționează cu o tehnologie brevetată multi-jet. Manipularea pulberii este reglementată de o unitate de alimentare cu pulbere (PSV), care elimină necesitatea reumplerii manuale a pulberii folosind sticle individuale de pulbere. Pulberea disponibilă este cernută printr-o sită cu ultrasunete integrată în PSV cu puțin timp înainte de a fi alimentată în proces, astfel încât să nu poată intra în procesul de construcție particule supradimensionate sau corpuri străine. Transportul pulberii între PSV și mașina SLM este complet automatizat cu ajutorul unui transportor cu flux de gaz.

După o lucrare de construcție reușită, componenta este mai întâi despachetată și scoasă de pe placa de bază. În plus, structurile de susținere sunt îndepărtate și componenta refăcută. „Studiul conceptual arată potențialul enorm al producției aditive atât în ​​sectorul aerospațial, cât și în alte industrii”, spune cu convingere Andreas Krüger, director general Cellcore. „Suntem foarte impresionați de posibilitățile tehnologiei SLM Solutions. Suntem deosebit de impresionați de nivelul ridicat de detaliu și calitate al structurii de răcire multifuncționale foarte delicate. " Cu tehnologia SLM, costurile pot fi economisite considerabil prin economisirea etapelor de fabricație scumpe și consumatoare de timp și prin simplificarea structurii motorului. Deoarece în producția convențională, elementele de injecție sunt fabricate individual, tratate și înșurubate individual.

Post-procesare simplificată în ciuda structurilor complexe

În plus, canelurile sunt măcinate în carcasă pentru oxigen, care la rândul lor trebuie să fie prevăzute cu un capac, astfel încât gazul să nu se evapore. Înșurubarea ulterioară are loc într-o cameră curată. Numeroase etape de lucru care necesită propria prelucrare sau cel puțin asamblare pot fi combinate în fabricarea aditivă și astfel reduse. Efortul de post-procesare a componentei este minimizat în ciuda structurii complexe prin fabricarea aditivă. De asemenea, se evită uzura ridicată a sculei.

La Cellcore, motorul nu sa terminat: „În prezent lucrăm la principiul prezentat în diferite proiecte”, spune Krüger. „În acest fel, se poate obține o valoare adăugată enormă, de exemplu pentru componentele motorului și turbinei sau pentru uneltele cu temperatură controlată.”

Fabricarea aditivă a componentelor foarte stresate din industria aerospațială este din ce în ce mai răspândită. Primele rachete fabricate suplimentar sunt programate să intre în spațiu în 2021.

* Kristal Kilgore este director de marketing la SLM Solutions în 23560 Lübeck, Tel. (04 51) 40 60-30 00