3D打印將復雜的設計理念變?yōu)楝F實:3D打印微型燃氣輪機
魔猴君 行業(yè)資訊 1948天前
3D打印將復雜的設計理念變?yōu)楝F實
KW Micro Power團隊成員在他們的微型燃氣輪機燃燒室試驗臺前。來源:KW Micro Power
設計與設備成就復雜零件
無論是用來發(fā)電,還是驅動工業(yè)級無人機,或者是用于混合動力發(fā)動機的小飛機上,微型燃氣輪機以更小的體積,更強大的動力,更實惠的價格,正在改變能源供給的格局。微型燃氣輪發(fā)電機大小與微波爐相當,可以產生超過其重量十倍的最大推力。KW Micro Power通過 Velo3D的幾乎無需支撐設計的金屬粉末床3D打印技術開發(fā)微型燃氣輪機,計劃2020年年初商業(yè)化。
KW Micro Power微渦輪核心零部件-“宇宙飛船”。來源:KW Micro Power
KW Micro Power將其微型燃氣輪機的一個核心零部件設計稱為“宇宙飛船”,該組件是一個直徑約25.4厘米,高10厘米的鈦盤,其內部包含一個復雜的迷宮結構,這個迷宮結構比傳統(tǒng)技術制造的系統(tǒng)更能有效地引導廢氣,是KW Micro Power渦輪機技術的核心。
KW Micro Power微渦輪核心零部件-“宇宙飛船”。來源:KW Micro Power
在制造“宇宙飛船”這個核心零件的過程中,Velo 3D的設備發(fā)揮了作用。制造的挑戰(zhàn)是微型燃氣輪機的內部通道。大多數增材制造技術,特別是基于粉末床的金屬3D打印技術,需要一系列類似腳手架的支撐設計,以防止工件在制造過程中下垂和翹曲。雖然昂貴且耗時,但是在構建后加工或磨削這些支撐已經成為行業(yè)慣例。Velo 3D的設備則大量減少這些支撐部分的設計,這給復雜零件的設計進一步帶來了靈活性。
Velo3D在3D打印過程中如何消除對支撐(紅色部分)的需求。來源:Velo 3D
Velo3D打印機的SupportFree技術可以在沒有支撐的情況下3D打印近水平的表面設計,這是目前大多數基于粉末床的金屬3D打印機無法實現的特征(一般低于45度就需要加支撐)。Velo3D的另一個差異化是使用變化的激光功率,大多數3D打印設備在整個零件層中使用相同的激光功率,Velo3D可以將20多種方案應用于每個層中的零件特定部分。結果帶來較少的應力,更高的零件精度和更快的構建時間。
KW Micro Power_VELO-2
左側是定子環(huán)的橫截面。紅色區(qū)域表示3D打印過程中的變形。右邊的部分顯示了Velo3D的Flow軟件如何預測和消除這種變形,通過預打印校正實現更準確的部件。
Velo3D的Flow軟件簡化了打印準備工作,軟件可以準確模擬整個構建過程,并分析顯示和糾正潛在的變形。這對于Ti-6Al-4V鈦合金材料的微型渦輪機組件帶來了設計迭代效率的提升。
總結:
3D打印的價值在于賦能制造業(yè)附加值創(chuàng)造,3D打印附加值創(chuàng)造的能量正在獲得驗證。將3D打印技術用于微型燃氣輪機的開發(fā),在市場上已有先行者。賽峰3D打印鎳基合金X材料制成的噴嘴是Leonardo AW189型直升機的輔助動力裝置(APU)的核心部件之一,已被歐洲航空安全局(EASA)認證。
3D打印微型渦輪發(fā)動機噴嘴
3D打印噴嘴安裝在賽峰集團設計的eAPU60微型渦輪發(fā)動機上,以滿足推重比高和結構緊湊的需求。e-APU60能夠提供60kWe功率,能夠保證發(fā)動機的電力起動(在地面或者空中停車狀態(tài))和座艙加熱。e-APU60的典型特征包括:更優(yōu)的功率重量比,出色的緊湊性,流線型結構和基于創(chuàng)新科技的高壓力循環(huán),高可靠性保證,低使用費用和出色的性能。
3D打印微型渦輪發(fā)動機的案例再一次告訴我們,3D打印的優(yōu)勢在于生產那些傳統(tǒng)加工方式難以加工出來的產品,從改變產品設計的源頭創(chuàng)造制造業(yè)附加值。