Применение 3D печати для постановки недорогих экспериментов.

Применение 3D печати для постановки недорогих экспериментов.

Ура! Наконец-то у нас на кафедре появился 3D принтер Picaso Designer. Новая мат. часть вызывала живой интерес у студентов и сотрудников вуза. Однако, у старшего поколения больше прослеживалась снисходительная улыбка, так как серьёзно рассматривать данный 'девайс' они не хотели: “… Пластик? Зачем? Разве только для макетирования? Серьёзный эксперимент тут не поставишь…” Наша кафедра имеет большой опыт в постановке экспериментов, основная часть из которых связана с горением. Первой задачей, которую я поставил перед собой, доказать, что с помощью 3D принтера можно поставить недорогой и значимый эксперимент. Ломать - не строить, тем более, когда это касается стереотипов.

Все мы знаем, что помимо расчётов, для достижения поставленной задачи необходимо проведение натурного эксперимента, который являются весьма затратным этапом любой научной работы. Снижения издержек на данном этапе возможно достичь за счёт доступных аддитивных технологий, 3D печати недорогих прототипов из ABS или других видов пластика. Напомню, что первые колёса компрессоров изготавливались из дерева, а для проработки отдельных элементов двигателя при холодных запусках вполне достаточно использовать ABS пластики, это ещё одна тема для отдельного поста, о которой я напишу позже.

Для интересного эксперимента нужна интересная идея, это самый важная составляющая – сюжет истории. Интересную идею предложил декан нашего факультета: “…Повысить тактико-технических характеристик мини газотурбинных двигателей, применением магнитных подшипников в конструкции опор роторов…”. Другими словами подвесить вал в магнитном поле, за счёт чего можно в разы увеличит его скорость вращения.

Массогабаритные размеры мини-ГТД по плечу нашему 3D Picaso Designer, и сейчас мы даже занимаемся печатью материального макета, о чём я также напишу позже.

Стало понятно, тема идеально подходит. А теперь всем, кому интересно выкладываю рецепт, повторяйте и наслаждайтесь результатом:

Первое, покупаем старенький, но рабочий турбокомпрессор. От него мы взяли диффузор и колесо компрессора. Для данного эксперимента, можно было его и не покупать, нам он нужен был турбокомпрессор ещё для другого эксперимента, о котором также напишу позже. Цена вопроса 3500 руб.

Второе, покупаем бесконтактный тахометр, для того чтобы мерить частоту вращения нашего вала до 99000 об/мин. Цена вопроса 3050 руб.

http://www.chipdip.ru/product/at-6/

Третье, покупаем сильные неодимовые кольцевые магниты 500 руб. http://mirmagnitov.ru/catalog/postoyannye-magnity/neodimovye-magnity/koltso/

Четвёртое, моделируем материальный макет и рисуем схему эксперимента. Описание эксперимента, кому интересно, будет таким: через штуцер 2, поток воздуха поступает в диффузор 3 и раскручивает вал магнитного подвеса 5, частота вращения которого фиксируется бесконтактным тахометром 4.

Пятое, печатаем материальный макет и проводим эксперимент. Сразу отмечу, вал получался кривой даже на скорости 15 мм/сек, в дальнейшем мы выточили его из металла, но первые 3 штуки были сделаны именно на 3D принтере. Первые макеты отлично работали, но вал, в месте установки колеса, получился слишком тонкий и постоянно ломался.

Эксперимент прошёл на ура, была достигнута приличная частота вращения вала ротора до 17 000 об./мин, частота запуска подобных двигателей. Следует отметить, что ещё больше повысить частоту не смогли, так как в последний момент сломали втулку :) .

Однако, таким простым и наглядным экспериментом мы показали, что магнитные подвесы на постоянных редкоземельных магнитах в мини-ГТД могут использоваться без системы внешнего управления, способны работать при высоких скоростях вращении и т.п..

А так же сделали вывод, что для быстрого изготовления первых уникальных элементов стенда целесообразно использование 3D принтер, а в качестве материал применить ABS пластик.