3D-печать и технологии газовых турбин: опыт снижения стоимости и сокращения времени производства

14 Июня 2014
3283
1

Друзья, небольшое вступление!
Перед прочтением новости, позвольте пригласить вас в крупнейшее сообщество владельцев 3D-принтеров. Да, да, оно уже существует, на страницах нашего проекта!
Подробнее >>>

Схема газовой турбины и модель корпуса статора с прикреплеными литниками

«Если бы мы использовали традиционный метод создания восковой модели для литья, на это могло бы легко уйти до 5 недель и более $20000. Однако, если мы создаем быстрый прототип, к примеру, моноколеса с лопатками для осевой турбины, при помощи нашего принтера от 3D Systems, и его восковая модель распечатывается за одну ночь без участия и присмотра персонала. Таким образом, к утру она уже готова, и мы можем приступать к изготовлению формы для литья. В этом случае, процесс изготовления детали обходится меньше, чем в $2000.»

Изготовление деталей для испытаний традиционными методами - весьма рискованное дело. Взять, к примеру, детали газотурбинного двигателя, на изготовление которых требуются недели и десятки тысяч долларов. Чертежи, на основе которых создаются эти детали проходят довольно большой цикл анализа, вычислительную гидродинамику, анализ методом конечных элементов и твердотельного моделирования, но всегда остается шанс, что могут потребоваться изменения из-за ошибки или изменения в спецификациях. В любом случае, если вдруг потребуется изменение дизайна, ваша блестящая новая тестовая деталь превратится всего лишь в дорогой кусок металлолома, на который было потрачено много времени и средств.

Восковая модель корпуса статора с прикреплеными литниками

Кроме того, при традиционных способах производства практически невозможно использовать методы итеративной разработки и тестирования. Лопатки турбины часто требуют изменений после проверки на практике, поскольку очень важно точное скручивание каждой лопасти. Ошибка всего лишь в несколько градусов может привести к тому, что их эффективность будет сведена к минимуму. Но когда на изготовление всего лишь одной детали уходит по меньше мере $ 20 000, производство нескольких деталей в целях испытаний становится просто невозможным.

Лучшие производители газотурбинных двигателей находят способы внесения изменений и максимального использования метода последовательного приближения, путем быстрого, точного и недорогого производства деталей. Расположенная в Висконсине компания Turbine Technologies и компания, занимающаяся разработками газовых турбин Kutrieb Research делают это с помощью технологии 3D-печати 3D Systems ProJet™ для производства восковых моделей, по которым потом отливают детали из жаропрочных сплавов и испытывают их, пока не найдут идеальный дизайн.

«Никакие инженерные расчеты и программное обеспечение конечно-элементного анализа не могут заменить наличие физических моделей для испытаний» - говорит Тоби Кутриб, вице-президент компании. Для компании, которая считает физические испытания критически важными, восковые модели, изготовленные на 3D-принтере ProJet, стали значительным импульсом для появления процесса разработки и исследований, который не полагается на дорогостоящий инструментарий.

На протяжении уже более 25 лет семейный бизнес Turbine Technologies являлся поставщиком учебного турбинного оборудования для лабораторий факультетов машиностроения и технических колледжей. Kutrieb Research, компания, отделившаяся от Turbine Technologies, производит небольшие, современные газотурбинные двигатели для транспортных средств, включая беспилотные летательные аппараты. На сегодняшний день, у компании Kutrieb Research есть опыт успешного выполнения заказов таких организаций, как НАСА, военно-морской исследовательской лаборатории США, ВВС США и армии США. Судя по всему, основатель компании Вольфганг Кутриб и трое его сыновей знают свое дело. Еще на ранних этапах они знали, что литье по выплавляемой модели будет играть огромную роль для их успеха, как для испытаний, так и для производства. В дни становления этой компании станки ЧПУ были еще довольно примитивны, и механическая обработка была дорогой (и до сих пор осталось неизменным). Поэтому Вольфганг Кутриб купил индукционную вакуумную печь, одну из нескольких в мире, в которой они могут отливать детали из супер сплавов с высоким содержанием никеля для своих газотурбинных двигателей. В те дни они вырезали модели для литья вручную, и это был кропотливый и долгий процесс.

Компания Turbine Technologies начала пользоваться преимуществами 3D-печати, фактически, еще в конце 90-х, когда они купили 3D-принтер Viper SLA от 3D Systems. Десять лет спустя, менеджер продаж от 3D Systems Джим Диер предложил компании новый принтер ProJet CP 3000 (который сейчас продается как ProJet 3510) и создал для них несколько восковых моделей для литья в качестве образца. Принтер ProJet 3510 способен быстро печатать модели для литья с исключительным уровнем точности. Восковые детали, созданные на ProJet могут использоваться в различных литейных процессах, от тех, что используются в компании Turbine Technologies и до отливки ювелирных изделий и различных медицинских инструментов.

Направляющее кольцо лопатки соплового аппарата создано из двух восковых моделей, созданных на 3D-принтере ProJet и отлитых из супер сплава Inconel 718

«Отливка образцов оказалась очень удачным решением» - говорит Тоби Куртиб. «Джим передал нам образцы, и мы сделали по ним формы, вытопили воск, и результаты нас впечатлили. Мы купили одну из первых моделей этого принтера, как только их произвели».

И они сразу начали использовать свой ProJet. «Мы очень много использовали эту машину» - рассказывает Тоби Куртиб. Главным образом они использовали его в качестве критически важного компонента метода последовательного приближения в разработках и исследованиях. Но через некоторое время, стало ясно, что имеет смысл использовать ProJet и для изготовления деталей небольшими тиражами, создавая модели для литья для особых деталей турбин и в случаях модификаций стандартных деталей по требованию заказчика. «В настоящее время» - продолжает Тоби Куртиб - «при разработках и исследованиях мы работаем с этой машиной около 20 процентов времени. Остальные 80 процентов времени занимает производство»

Создание восковой модели традиционно начинается с создания путем фрезеровки пресс-формы для заливки под давлением, которая является негативной полостью детали. Затем рабочие заливают воск в форму для создания модели. Потом они погружают модель в керамический состав, а когда он застывает, воск выжигают и затем готовую керамическую форму используют для процесса вакуумного литья, в ходе которого в керамическую форму заливается расплавленный супер сплав. ProJet позволяет создавать восковые модели для литья за считанные часы, поскольку такая технология не требует изготовления пресс-формы, заливки в нее горячего воска и ожидания, пока он застынет.


«Если бы мы использовали традиционный метод создания восковой модели» - говорит Тоби Куртиб - «это могло бы занять до 5 недель и стоило бы более $20000. Однако, если мы создаем быстрый прототип моноколеса с лопатками для осевой турбины, например, при помощи нашего принтера от 3D Systems, его восковая модель создается за ночь без присмотра персонала, и к утру уже готова для создания формы для литья, меньше, чем за $2000.»

Turbine Tech использует технологию ProJet для производства направляющего кольца лопатки соплового аппарата (1), турбины с осевым потоком газа (2), конус реактивного сопла (3) и спрямляющие лопатки камеры сгорания (4) для своего турбореактивного двигателя SR-30ТМ

При использовании этой технологии, как для разработки и исследований, так и для производства, ProJet позволяет с большей свободой создавать более качественные и точные детали и опытные образцы. Разработчики просто распечатывают несколько различных вариантов данной детали и выясняют, какая из них дает лучшие результаты. Этот более высокий уровень качества означает больше возможностей и способствует укреплению репутации компаний Turbine Technologies и Kutrieb Research, а так же семьи, управляющей этими компаниями.


«Кроме того» - подчеркивает Тоби Куртиб - «благодаря тому, что ProJet позволяет работу с цифровыми данными, мы можем обеспечивать сохранность и неприкосновенность своих проектов. Бумажные чертежи могут повредиться. Необходимо обучать людей работать по ним. Они могут сгореть в результате пожара. Их необходимо беречь. Потому что, если вы потеряете чертежи, пройдут месяцы работ, прежде, чем вы сможете вернуться к производству. Но с электронными файлами, если вдруг что-то случится, мы сможем восстановить их за считанные дни и продолжить работу».

Кроме того, ProJet также позволяет компании расширять свои возможности в виде различных предложений и вариантов продукции. Одна из ее обучающих насосных лабораторий позволяет студентам инженерных факультетов узнавать больше о лопастных колесах путем самостоятельной разработки своих собственных моделей. Затем Turbine Technologies используют ProJet для производства разработок каждого из студентов. «Они проектируют лопастные колеса, математически вычисляя, как они будут функционировать. Затем они присылают нам свой файл проекта, мы отпечатываем его, отливаем, и студент может проверить, насколько точны были его прогнозы» - говорит Тоби Куртиб. Дополнительные услуги, подобные этой, предоставляемой компанией Turbine Technologies, улучшают и повышают образовательный опыт студентов всего мира.

Сегодня многие из внутренних деталей турбин, производимых компаниями Turbine Technologies и Kutrieb Research, сначала распечатываются на 3D-принтере ProJet. Они даже оказывают услуги сторонним компаниям, которые пока не располагают своими литейными цехами и технологией быстрого прототипирования. Благодаря всему перечисленному, а так же, с помощью рационализации процессов, семейные компании Кутрибов укрепили свое положение в качестве доверенных разработчиков и производителей турбин, а так же наметили для себя дальнейшее развитие для работы над новыми смелыми проектами для более крупного рынка двигателей.

Статья подготовлена для 3DToday.ru

Данная новость перенесена в архив новостей.

Следите за развитием технологии в блогах пользователей 3D-принтеров.
Самые интересные новости индустрии 3D-печати теперь расположены в новостных блогах.
14 Июня 2014
3283
1

Написать комментарий

Последние распечатанные 3D модели

nolgen
Распечатано на: Kossel Kit
nolgen
Распечатано на: Kossel Kit

Новые 3D-модели

Чехол для Fly Tornado One без рисунка
Gryadun
Чехол для Fly Tornado One без ри...Чехол для Fly Tornado One без рисунка
Death in space
Medelis
Death in space
МАГНИТ НА ХОЛОДИЛЬНИК ПЕТУХ 2017
tnn29041985
МАГНИТ НА ХОЛОДИЛЬНИК ПЕТУХ 2017
Rooster - Buddha
Medelis
Rooster - Buddha