За няколко дни беше създаден двигател, използващ процеса на УУЗ

Добре обмислено охлаждане, последователна лека конструкция и материал, който трудно се обработва - калъф за адитивно производство. С процеса на УУЗ за кратко време беше създаден монолитен двигател.

Cellcore и SLM Solutions произвеждат двигател от материала IN718, използвайки процеса SLM, който комбинира няколко отделни компонента в един компонент.

Чрез използването на производствения процес на добавките времето за производство може да бъде намалено до пет работни дни.

С SLM технологията могат да се постигнат значителни икономии на разходи чрез спестяване на скъпи, отнемащи време производствени стъпки и чрез опростяване на структурата на двигателя.

В конвенционалната конструкция охлаждащите канали се смилат в заготовка и след това се затварят отново в много работни стъпки. Ако искате да произведете двигател със сложни конструкции, това означава, че целият производствен процес отнема поне шест месеца и следователно е много разходен. Изискванията в космическата индустрия също са изключително високи. Необходима е не само устойчива лека конструкция, но и материалите трябва да издържат на особено големи натоварвания.

Селективното лазерно топене (SLM, Selective Laser Melting) предлага широка гама от възможности в производството на компоненти на метална основа. Те могат например да бъдат произведени директно с вътрешни конструкции и в последователна лека конструкция. Друго предимство е интегрирането на няколко компонента в един компонент. Тази функционална интеграция и ниското ниво на разходите за последваща обработка водят до значителни икономии на разходи в производствения процес. Използвайки ракетен двигател, Cellcore сега показа как предимствата на процеса на УУЗ могат да бъдат използвани оптимално в космическата индустрия. В сътрудничество с SLM Solutions от материала IN718 е създаден монолитен детайл.

Двигателят, произведен от Cellcore и SLM Solutions, е тяга, основният елемент на течен двигател със стена на горивната камера, вход за гориво и инжекционна глава с вход за окислителя. В горивната камера протича химическа реакция, която отделя газ. Този газ се разширява поради развитието на топлина и се изхвърля с огромна сила. Това създава тягата, необходима за задвижване на ракетата чрез откат. По време на процеса на горене в камерата възникват много високи температури, поради което стената трябва да се охлади, за да не изгори. За тази цел течното гориво, керосин или водород, се насочва нагоре през охлаждащи канали в стената на горивната камера, преди да влезе в горивната камера през инжекционната глава. Там горивото се смесва с окислителя и се изгаря с помощта на свещ.

Филигранно охлаждане на структурата за повишаване на ефективността

Чрез използването на производствения процес на добавките от SLM Solutions времето за производство може да бъде намалено до пет работни дни, което води до значителни икономии на време и разходи. Монолитният ракетен двигател, направен с технологията SLM, състоящ се от инжектор и тяга, комбинира интегрален дизайн, т.е. комбинацията от многобройните отделни компоненти в един компонент, с многофункционална лека конструкция.

Основният елемент е вътрешната структура, разработена от Cellcore, която може да бъде произведена само с помощта на SLM технология. Той гарантира стабилност и е подходящ за пренос на топлина. Свойствата на това структурно охлаждане очевидно превъзхождат конвенционалните подходи като правоъгълни, концентрични охлаждащи канали. Структурното охлаждане предлага оптимално съотношение между стабилност и използване на масата и същевременно има ниско съпротивление на потока с висока площ. Той е не само по-ефективен, но и интегрира допълнителни функции. Решетъчната структура също така осигурява намаляване на теглото в сравнение с конвенционално произведените компоненти.

SLM процесът обработва никел-хром сплав

SLM Solutions подкрепи Cellcore при подготовката на сложния компонент, за да го подготви оптимално за процеса на SLM. Това включва разработването на специфични параметри за геометрията на компонентите, включително оптимизация на долната кожа, както и оптималната ориентация на компонента в инсталационното пространство. За да се избегнат грешки, бяха идентифицирани и критични строителни области, които осигуриха успеха на строителната работа. За да отговори на високите материални изисквания в космическата индустрия, двигателят е изработен от никел-хром сплав IN718. IN718 е втвърдяващ се от валежи материал, който има изключителна якост на опън, умора, пълзене и разрушаване до температура от 700 ° C. Това прави IN718 важна сплав за компоненти на самолети и газови турбини, както и за други разнообразни приложения с висока температура, като ракетно задвижване. При конвенционалната обработка материалът е труден за обработка с голямо износване на инструмента.

Двигателят е отпечатан на машината SLM 280 от SLM Solutions. Инсталационното пространство на машината е с размери 280 mm × 280 mm × 365 mm и работи с патентована многоструйна технология. Работата с прах се регулира от единица за подаване на прах (PSV), което елиминира необходимостта от ръчно пълнене на прах с помощта на отделни бутилки за прах. Наличният прах се пресява чрез ултразвуково сито, интегрирано в PSV, малко преди да бъде подадено в процеса, така че никакви големи частици или чужди тела да не могат да влязат в строителния процес. Транспортът на прах между PSV и SLM машината е напълно автоматизиран с помощта на конвейер за газов поток.

След успешна строителна работа компонентът първо се разопакова и изважда от основната плоча. Освен това носещите конструкции се премахват и компонентът се преработва. „Проучването на концепцията показва огромния потенциал на производството на добавки както в авиокосмическия сектор, така и в други индустрии“, казва Андреас Крюгер, управляващ директор на Cellcore, с убеждение. „Много сме впечатлени от възможностите на технологията от SLM Solutions. Ние сме особено впечатлени от високото ниво на детайлност и качество на много деликатната многофункционална охлаждаща структура. " С SLM технологията разходите могат да бъдат значително спестени чрез спестяване на скъпи, отнемащи време производствени стъпки и чрез опростяване на структурата на двигателя. Тъй като при конвенционалното производство инжекционните елементи се произвеждат индивидуално, обработват се и се завинтват индивидуално.

Опростена последваща обработка въпреки сложните структури

За кислорода в корпуса също се фрезоват канали, които от своя страна трябва да бъдат снабдени с капак, така че газът да не се изпарява. Последващото завинтване се извършва в чисто помещение. Многобройни работни стъпки, които изискват собствена преработка или поне сглобяване, могат да се комбинират в производството на добавки и по този начин да се намалят. Усилията за последваща обработка на компонента са сведени до минимум въпреки сложната структура чрез производство на добавки. Избягва се и високо ниво на износване на инструмента.

В Cellcore двигателят все още не е приключил: „В момента работим по принципа, показан в различни проекти“, казва Крюгер. "По този начин може да се постигне огромна добавена стойност, например за компоненти на двигателя и турбината или за инструменти с контролирана температура."

Производството на добавки на силно напрегнати компоненти в космическата индустрия става все по-широко разпространено. Първите допълнително произведени ракети трябва да излязат в космоса през 2021 година.

* Кристал Килгор е маркетинг директор в SLM Solutions в 23560 Любек, тел. (04 51) 40 60-30 00