其他方式登錄
掃一掃微信咨詢(xún)
010-53652212
(工作日)
152 0110 5575
152 1011 0562
(周末)
QQ咨詢(xún)
首頁(yè) > 3D資訊

零件數(shù)量從61個(gè)減少到1個(gè),案例領(lǐng)略3D打印微噴發(fā)動(dòng)機(jī)前景

魔猴君  行業(yè)資訊   1514天前

人氣 1052

由于可實(shí)現(xiàn)十分復(fù)雜的產(chǎn)品制造,基于粉末床熔融(PBF)工藝的金屬3D打印技術(shù)不僅使得復(fù)雜產(chǎn)品的制造變得更加可行,而且還創(chuàng)造了更大的圍繞著產(chǎn)品生命周期的綜合性經(jīng)濟(jì)效益。在動(dòng)力裝備方面,PBF技術(shù)所成就的產(chǎn)品并不是停留在概念開(kāi)發(fā)階段,而是已經(jīng)隨著火箭和飛船進(jìn)入了太空,隨著飛機(jī)在天空中翱翔,并在發(fā)電領(lǐng)域起著“四兩撥千斤”般的效益放大作用。3D打印所造就的下一代的產(chǎn)品極大的提升了人類(lèi)利用資源的水平,這一切已經(jīng)來(lái)到了我們的身邊。本期,與網(wǎng)友結(jié)合著國(guó)際與國(guó)內(nèi)3D打印微型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的案例來(lái)領(lǐng)略3D打印所催生的新的商業(yè)模式。

微能源解決方案的范式改變

 國(guó)際

Sierra Turbines的使命是改變微能源解決方案的范式,這家公司于2017年在美國(guó)加利福尼亞州圣何塞成立。專(zhuān)注于解決輔助動(dòng)力單元(APU),備用發(fā)電機(jī)和其他備用發(fā)電需求中的緊湊型、功率密集型發(fā)電應(yīng)用,創(chuàng)新的另一個(gè)成熟市場(chǎng)是用于無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力單元。通過(guò)使用制造商VELO3D的金屬增材制造(AM)技術(shù),Sierra Turbines將關(guān)鍵組件的零件數(shù)量從61個(gè)減少到1個(gè),并且還獲得了許多重要的性能提升。

3D打印的微噴發(fā)動(dòng)機(jī)核心,前芯被切開(kāi)以顯示復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。來(lái)源:Sierra Turbines

Sierra Turbines從一開(kāi)始就制定了非常大膽的設(shè)計(jì)目標(biāo),與現(xiàn)有的微型渦輪機(jī)相比,實(shí)際上是非常雄心勃勃的:不僅僅是零件數(shù)量的大幅減少,核心機(jī)的大修間隔時(shí)間,將實(shí)現(xiàn)是市場(chǎng)上現(xiàn)有渦輪機(jī)的40倍的目標(biāo)。

采用增材制造技術(shù)為微型渦輪機(jī)核心機(jī)帶來(lái)了設(shè)計(jì)優(yōu)化空間,從而提升了微型渦輪機(jī)性能。與當(dāng)前先進(jìn)的渦輪機(jī)相比,微型渦輪機(jī)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠創(chuàng)建更具質(zhì)量效益的結(jié)構(gòu),預(yù)計(jì)與現(xiàn)有功率相當(dāng)?shù)臏u輪機(jī)相比,推力重量比顯著提高。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)重新考慮了燃燒室中的燃油噴霧和火焰形狀。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中,燃料是在圍繞燃燒室直徑的許多點(diǎn)處噴射的,然后通過(guò)控制圍繞它們的空氣流來(lái)穩(wěn)定這些圓柱狀火焰。而在增材制造一體化的核心機(jī)中,集成了一個(gè)360度噴油嘴,通過(guò)該噴油嘴,燃油能夠在燃燒室的整個(gè)圓周上均等地輸送,并在霧化的同時(shí)穿過(guò)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),產(chǎn)生環(huán)形火焰,獲得穩(wěn)定渦旋。

3D打印的微噴發(fā)動(dòng)機(jī)核心設(shè)計(jì)。來(lái)源:Sierra Turbines

Sierra Turbines所做的獨(dú)特事情是將超出95%的微噴發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)增材制造來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn),并擴(kuò)大到大規(guī)模生產(chǎn)。這似乎違背了業(yè)界的信念,通常我們認(rèn)為當(dāng)前增材制造僅限于用于原型制造和小批量制造,那么Sierra Turbines的底氣何來(lái)?發(fā)展思路是什么呢?Sierra Turbines的團(tuán)隊(duì)在航空航天業(yè)增材制造領(lǐng)域擁有豐富的經(jīng)驗(yàn),通過(guò)VELO3D的設(shè)備與質(zhì)量控制技術(shù),可以簡(jiǎn)化制造、減輕重量并達(dá)到成本目標(biāo)。采用增材制造技術(shù)使得Sierra Turbines將擁有巨大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),并且將很快實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)的商業(yè)模式。

3D打印帶來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)包括:

- 減少零件數(shù),原來(lái)61個(gè)獨(dú)立的零件以結(jié)構(gòu)一體化的單個(gè)零件實(shí)現(xiàn)制造

- 由于結(jié)構(gòu)一體化,消除了接口并提高了尺寸精度,因此公差更小

-  減少組裝工作和后期處理

-  成就自由設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的幾何形狀

通過(guò)VELO3D的設(shè)備,Sierra Turbines可以生產(chǎn)薄壁、高縱橫比的燃燒器。在制造復(fù)雜幾何形狀時(shí),VELO3D具有令人滿(mǎn)意的功能。VELO3D的金屬3D打印打印機(jī)以其獲得專(zhuān)利的SupportFree工藝實(shí)現(xiàn)近乎無(wú)支撐的產(chǎn)品幾何自由度而聞名,該工藝減少了復(fù)雜通道,淺懸垂和低角度的支撐結(jié)構(gòu)的必要,這為微型渦輪機(jī)核心機(jī)帶來(lái)了實(shí)現(xiàn)高度集成設(shè)計(jì)的可能性。

3D設(shè)備優(yōu)勢(shì)詳細(xì)解析

目前,Sierra Turbines的目標(biāo)之一是為重量小于55磅的小型無(wú)人機(jī)(UAS)提供動(dòng)力。由于鋰電池的存儲(chǔ)量?jī)H為每公斤200瓦,因此無(wú)人機(jī)在功率密度上已達(dá)到極限。Sierra Turbines將功率密度提高了10倍,達(dá)到2000 Wh / kg,這使飛行時(shí)間和提升能力提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

這款核心機(jī)所采用的3D打印材料為鎳超合金,是許多大型燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室的首選材料。增材制造使Sierra Turbines能夠獲得復(fù)雜的設(shè)計(jì)功能,以提高熱效率和獲得更長(zhǎng)的維修間隔,這是前所未有的突破。

目前,Sierra Turbines已與多家無(wú)人機(jī)制造商簽署合作協(xié)議,這些無(wú)人機(jī)將在發(fā)布測(cè)試數(shù)據(jù)之前成為其客戶(hù)。此外,Sierra Turbines打算與AUVSI協(xié)會(huì)合作,充分利用AUVSI協(xié)會(huì)廣闊的會(huì)員網(wǎng)絡(luò)。借助3D打印的微噴發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力裝置,無(wú)人機(jī)可以更安全、更便捷、更頻繁、更經(jīng)濟(jì)地完成任務(wù)。

 國(guó)內(nèi)

在國(guó)內(nèi),微型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜且微型化,該領(lǐng)域仍需依賴(lài)國(guó)外的產(chǎn)品和技術(shù)。安世亞太聯(lián)合深圳意動(dòng)航空科技有限公司取得了微型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)增材制造的突破。

來(lái)源:《3D打印助力動(dòng)力裝備發(fā)展報(bào)告》

安世亞太聯(lián)合深圳意動(dòng)航空科技有限公司成功開(kāi)發(fā)了兩款全3D打印微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī),10kg級(jí)推力的NK-10和50kg級(jí)推力的NK-50。2018年已完成1200℃以上超溫試驗(yàn),各項(xiàng)指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求,試驗(yàn)中最高轉(zhuǎn)速高于14萬(wàn)rpm,為全3D打印旋轉(zhuǎn)渦輪高溫點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)。

深圳意動(dòng)全3D打印的微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)高溫點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)

NK10和NK50 兩款微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)在多處關(guān)鍵零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面融入了增材設(shè)計(jì)的概念,減少了發(fā)動(dòng)機(jī)零件數(shù)量,降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的整體重量,增加了部分結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)更低成本、更優(yōu)性能、更長(zhǎng)壽命的目標(biāo),是滿(mǎn)足先進(jìn)低成本微小型空中武器系統(tǒng)推進(jìn)動(dòng)力和車(chē)船混合動(dòng)力以及增程動(dòng)力需求的先進(jìn)動(dòng)力裝置。

來(lái)源:《3D打印助力動(dòng)力裝備發(fā)展報(bào)告》


   

標(biāo)簽

魔猴折讓
魔猴迎賓
流程
廣告位
二維碼