3D-печатный ракетный двигатель 1,3м в высоту от Eplus3D

Eplus3D и LEAP 71 - долгосрочные партнеры в 3D-печати металлом и вычислительной инженерии. Компании совместно создали крупнейший в мире цельный 3D-печатный ракетный двигатель мощностью 200 кН высотой более 1,3 метра.

LEAP 71 – технологическая компания из Дубая, использующая модель Noyron для автономной разработки сложных продуктов с применением инженерных знаний и ИИ. 

Noyron - это собственное программное обеспечение, разработанное LEAP 71. Оно объединяет экспертные знания, физические данные (тепловые модели, производственные процессы) и другую информацию в общую инженерную модель. Основываясь на ядре PicoGK для создания сложной геометрии, Noyron используется в специализированных моделях, таких как Noyron RP (ракетные двигатели), Noyron EA (электромагнитные системы) и Noyron HX (теплообменники).

Цель Noyron – точно предсказывать физические взаимодействия (механические движения, тепло и др.), стремясь создавать объекты с нужной функциональностью на основе накопленных знаний. Результаты реальных тестов или симуляций возвращаются в систему для ее улучшения, приближая модель к реальности.

В июне 2024 года LEAP 71 успешно протестировали жидкостный ракетный двигатель, полностью спроектированный с Noyron. Компания внедряет инновации в аэрокосмическую отрасль, производство электромобилей и системы теплоснабжения.

Напечатанный двигатель мощностью 200 кН работает на криогенном жидком кислороде и керосине. Он является дальним родственником ракетного двигателя Noyron TKL-5 LEAP 71, успешно запущенного в июне, но в 40 раз мощнее. Деталь была изготовлена методом аддитивного производства технологией MPBFTM или же SLM из AlSi10Mg- высокоэффективного алюминиевого сплава. Для построения использовалась установка Eplus3D EP-M650 с шестью лазерами мощностью 500 Вт. Оборудование имеет рабочую камеру 650x650 мм и может печатать до 1600 мм в высоту. Такие условия позволили LEAP 71 разработать полностью интегрированную геометрию двигателя, которую Eplus3D изготовила за один непрерывный процесс печати, длившийся 354 часа (почти 15 дней).

Управляющий директор LEAP 71 Жозефина Лисснер подчеркнула, что их вычислительные модели способны самостоятельно проектировать детали для космического оборудования без традиционных CAD-систем. Однако ограничения современных аддитивных технологий, в частности, небольшие размеры рабочей камеры большинства промышленных 3D-принтеров, замедляют процесс. Лисснер выразила признательность компании Eplus3D за прорывные достижения в масштабировании 3D-печати и обеспечении высокой повторяемости результатов, что превзошло ожидания LEAP 71.

Технические инновации

Традиционно ракетные двигатели состоят из множества деталей, все из которых должны быть собраны, герметично закрыты от горячих газов и иметь индивидуальный контроль качества. В данном двигателе все компоненты, включая камеру сгорания, сопло, каналы охлаждения, коллекторы, а также структурные элементы, объединены в одну 3D-печатную деталь.

Уровень тяги двигателя в 200 кН находится на более высоком уровне для применения на небольшой первой ступени пусковой установки, в которой, как правило, используются три таких двигателя. Он рассчитан на давление в камере 100 бар и сжигает более 70 кг топлива каждую секунду.

Изделие было изготовлено из алюминиевого сплава AlSi10Mg. Это сложный материал для двигательных установок, поскольку он низкоплавкий и вступает в реакцию с кислородом. Поэтому при проектировании необходимо использовать возможности вычислительной техники и 3D-печати металлов для прокладки сложных каналов охлаждения вокруг детали. 

Несмотря на это, использование алюминия позволяет создавать очень легкие двигатели с соотношением тяга/вес, которое считалось невозможным. 

В детали используется двойная стратегия управления теплом: криогенный жидкий кислород регенеративно охлаждает основную камеру сгорания, а керосиновое топливо используется для верхней части сопла. Топливные каналы спирально расположены вокруг двигателя и служат для транспортировки горючего, которое участвует в регенеративном охлаждении камеры сгорания. Высота слоя в 60 мкм была выбрана для минимизации потерь давления, вызванных трением из-за шероховатости стенок охлаждающего канала.

Вычислительный искусственный интеллект Noyron также корректирует тепловую стратегию для устранения горячих точек и изменяет толщину стенок камеры сгорания для улучшения проводимости. Структурная целостность при этом сохраняется для того, чтобы выдержать давление горячих выхлопных газов температурой 3000ºC.

Успешное производство такого изделия демонстрирует мастерство Eplus3D в печати крупных и сложных деталей. Это также подчеркивает обширный опыт в области исследований и разработок. Верно настроив параметры печати для высокоэффективных материалов, Eplus3D подняла ее точность и качество поверхности на очень высокий уровень, в результате чего готовый продукт не требует постобработки.

Это достижение знаменует собой важную веху в развитии технологии 3D-печати, особенно для аэрокосмической промышленности. Успешное сотрудничество между LEAP 71 и Eplus3D наглядно иллюстрирует потенциал вычислительной инженерии. Оно позволяет проектировать функционально интегрированное оборудование со сложными структурами, которое может быть реализовано только с помощью аддитивного производства. Этот прорыв в тесной интеграции между проектированием и производством не только ускоряет разработку передовых аэрокосмических компонентов и систем, но и открывает новые возможности для инноваций в других отраслях.

О компании Eplus3D: С момента производства первой машины PBF в Китае в 1993 году Eplus3D занимается исследованиями и разработками систем аддитивного производства промышленного класса и прикладных технологий с использованием технологий 3D-печати MPBF™ (SLM), PPBF™ (SLS) и SLA. Eplus3D предоставляет профессиональные прикладные решения для аэрокосмической и авиационной промышленности, энергетики, нефтегазовой отрасли, автомобилестроения, инструментальной промышленности, здравоохранения, потребительских товаров и точного производства.

Офисы EPlus3D представлены в Пекине, Ханчжоу, Штутгарте и Хьюстоне. Компания ежегодно инвестирует в научные исследования в размере более 20% от дохода с комплексными патентами на изобретения и полезные модели (нематериальный объект или техническое решение, относящееся к устройству), авторские права на программное обеспечение, а также патенты на внешний вид. Компания добилась больших успехов в проектировании, технологическом процессе, программном обеспечении, разработке материалов и постобработки для аддитивного производства и успешно внедрила решения аддитивного производства на объектах заказчиков в более чем 40 странах и регионах, таких как Европа, Северная и Южная Америка, Ближний Восток, Восточная и Юго-Восточная Азия.

3DVision гордится тем, что уже долгое время является официальными дистрибьютором и интегратором оборудования EPlus3D. Это сотрудничество дает возможность предлагать нашим клиентам широкий выбор высококачественного решений. Мы стремимся предоставлять лучшие продукты и услуги, и сотрудничество с EPlus3D помогает нам в достижении этой цели.

Благодаря тому, что наше производство использует оборудование компании EPlus3D, мы можем дать нашим клиентам рекомендации по его использованию и обслуживанию. Поэтому мы уверены в качестве установок EPlus3D и знаем, что они помогут клиентам улучшить свои производственные процессы и достичь новых высот в своей работе.

Реклама. OOO "3Д Вижн". ИНН: 7802253640