Az SLM eljárással néhány nap alatt létrehoztak egy motort
Jól átgondolt hűtés, következetes, könnyű konstrukció és nehezen megmunkálható anyag - tok az adalékanyagok gyártásához. Az SLM folyamattal rövid idő alatt monolitikus motor jött létre.
- A Cellcore és az SLM Solutions egy motort állít elő az IN718 anyagból az SLM eljárással, amely több egyedi alkatrészt ötvöz egy alkatrészben.
- Az adalékanyag gyártási eljárásának alkalmazásával a gyártási idő öt munkanapra csökkenthető.
- Az SLM technológiával jelentős költségmegtakarítás érhető el a drága, időigényes gyártási lépések megtakarításával és a motor felépítésének egyszerűsítésével.
A hagyományos kivitelezésnél a hűtőcsatornákat vakokká őrlik, majd sok munkafázisban újra bezárják. Ha összetett szerkezetű motort szeretne gyártani, ez azt jelenti, hogy a teljes gyártási folyamat legalább hat hónapot vesz igénybe, ezért nagyon költséges. A repülőgépiparban is rendkívül magasak a követelmények. Nemcsak a következetes könnyűszerkezet szükséges, hanem az anyagoknak is ki kell bírniuk a különösen nagy terheléseket.
A szelektív lézeres olvasztás (SLM, Selective Laser Melting) széles választékot kínál az alkatrészek fémalapú adalékanyag-gyártásában. Ezeket például közvetlenül belső szerkezetekkel és következetes könnyűszerkezettel lehet előállítani. További előny, hogy több komponenst integrálnak egy komponensbe. Ez a funkcionális integráció és az utófeldolgozási költségek alacsony szintje jelentős költségmegtakarítást eredményez a gyártási folyamatban. Rakétamotort használva a Cellcore most megmutatta, hogyan lehet az SLM eljárás előnyeit optimálisan kihasználni a repülőgépiparban. Az SLM Solutions együttműködésével egy monolit munkadarab készült az IN718 anyagból.
A Cellcore és az SLM Solutions által gyártott motor egy tolókamra, egy folyékony motor mageleme, égéstér falával, üzemanyag-bemenettel és befecskendező fejjel, amely az oxidálószer beömlésével rendelkezik. Az égéstérben kémiai reakció megy végbe, amelyből gáz szabadul fel. Ez a gáz a hőfejlődés révén kitágul, és hatalmas erővel dobódik ki. Ez megteremti azt a tolóerőt, amely a rakéta visszarúgás útján történő meghajtásához szükséges. Az égési folyamat során nagyon magas hőmérséklet alakul ki a kamrában, ezért a falat le kell hűteni, hogy ne égjen. Ebből a célból a folyékony üzemanyagot, a kerozint vagy a hidrogént az égéstér falán lévő hűtőcsatornákon keresztül irányítják felfelé, mielőtt az az égéstérbe jutna a befecskendező fejen keresztül. Ott az üzemanyag összekeveredik az oxidálószerrel, és egy gyújtógyertya segítségével elégeti.
Filigrán szerkezet hűtése a hatékonyság növelése érdekében
Az SLM Solutions adalék gyártási folyamatának felhasználásával a gyártási idő öt munkanapra csökkenthető, ami jelentős idő- és költségmegtakarításhoz vezet. Az SLM technológiával készült monolit rakétamotor, amely egy injektorból és egy tolókamrából áll, ötvözi az integrált kialakítást, vagyis a számos egyedi alkatrész kombinációját egy alkatrészben, multifunkcionális könnyűszerkezettel.
A legfontosabb elem a Cellcore által kifejlesztett belső szerkezet, amelyet csak SLM technológiával lehet gyártani. Garantálja a stabilitást és alkalmas hőtranszportra. Ennek a szerkezeti hűtésnek a tulajdonságai egyértelműen meghaladják a hagyományos megközelítéseket, például a téglalap alakú, koncentrikus hűtési csatornákat. A szerkezeti hűtés optimális arányt kínál a stabilitás és a tömeges felhasználás között, és alacsony az áramlási ellenállása, ugyanakkor nagy a felülete. Ez nemcsak hatékonyabb, hanem további funkciókat is integrál. A rácsszerkezet súlycsökkenést is biztosít a hagyományos gyártású alkatrészekhez képest.
Az SLM-eljárás nikkel-krómötvözetet dolgoz fel
Az SLM Solutions támogatta a Cellcore-t a komplex komponens előkészítésében annak érdekében, hogy az optimálisan elkészüljön az SLM folyamathoz. Ez magában foglalta az alkatrészgeometria speciális paramétereinek kidolgozását, beleértve a downskin optimalizálást, valamint az optimális alkatrész-orientációt a telepítési térben. A hibák elkerülése érdekében kritikus építési területeket is azonosítottak, amelyek biztosították az építési munka sikerét. A repülőgépipar magas anyagigényének kielégítése érdekében a motor IN718 nikkel-króm ötvözetből készül. Az IN718 egy csapadékban edzhető anyag, amelynek kiváló szakítószilárdsága, fáradtság-, kúszó- és törési szilárdsága 700 ° C-ig terjed. Ez az IN718 fontos ötvözetét jelenti a repülőgépek és gázturbinák alkatrészeinek, valamint más sokféle magas hőmérsékletű alkalmazásoknak, például a rakéta meghajtásának. A hagyományos feldolgozás során az anyagot nehéz megmunkálni nagy szerszámkopással.
A motort az SLM Solutions SLM 280 gépére nyomtatták. A gép beépítési területe 280 mm × 280 mm × 365 mm, és szabadalmaztatott többsugaras technológiával működik. A porkezelést egy porellátó egység (PSV) szabályozza, így nincs szükség a por manuális újratöltésére egyedi porpalackok segítségével. A rendelkezésre álló port a PSV-be integrált ultrahangos szitán szitálják röviddel azelőtt, hogy betáplálnák a folyamatba, így túlméretezett szemcsék vagy idegen testek nem léphetnek be az építési folyamatba. A porszállítás a PSV és az SLM gép között teljesen automatizált egy gázáramú szállítószalag segítségével.
Sikeres építési munka után az alkatrészt először kicsomagolják és eltávolítják az alaplemezről. Ezenkívül a tartószerkezeteket eltávolítják és az alkatrészt átdolgozzák. "A koncepció tanulmány megmutatja az adalékanyagok gyártásának óriási lehetőségeit mind a repülőgépiparban, mind más iparágakban" - mondja meggyőződéssel Andreas Krüger, a Cellcore ügyvezető igazgatója. „Nagyon lenyűgöznek az SLM Solutions technológiájának lehetőségei. Különösen lenyűgöz bennünket a nagyon finom multifunkcionális hűtőrendszer magas szintű részletessége és minősége. " Az SLM technológiával jelentős költségmegtakarítás érhető el a drága, időigényes gyártási lépések megtakarításával és a motor felépítésének egyszerűsítésével. Mivel a hagyományos gyártás során a befecskendező elemeket egyedileg gyártják, egyenként kezelik és csavarják.
Egyszerűsített utófeldolgozás az összetett struktúrák ellenére
Az oxigén számára hornyokat is marnak a házban, amelyeket viszont fedéllel kell ellátni, hogy a gáz ne párologjon el. Az ezt követő csavarozás egy tiszta helyiségben történik. Számos olyan munkalépés, amely saját átdolgozást vagy legalább összeszerelést igényel, kombinálható az adalékanyagok gyártásában, és így csökkenthető. Az összetevő utólagos feldolgozása az összetett szerkezet ellenére minimálisra csökken az adalékanyagok gyártása révén. A szerszám magas kopása is elkerülhető.
A Cellcore-nál a motor még nem ért véget: „Jelenleg a különböző projektekben bemutatott elven dolgozunk” - mondja Krüger. "Így óriási hozzáadott érték érhető el, például a motor és a turbina alkatrészei vagy a hőmérséklet-szabályozású szerszámok esetében."
A nagy igénybevételű alkatrészek additív gyártása a repülőgépiparban egyre elterjedtebb. Az első additívan gyártott rakéták a tervek szerint 2021-ben lépnek az űrbe.
* Kristal Kilgore az SLM Solutions marketing igazgatója, 23560 Lübeck, tel. (04 51) 40 60-30 00