Metalowe drukowanie 3D przyspiesza opracowywanie produktu do produkcji części silnika

Lumenium pracuje nad stworzeniem rodziny silników spalinowych i na nowo odkrywa spalanie w nowej erze silników. Nowatorska konstrukcja, silnik Inverse Displacement Asymmetrical Rotational (IDAR), pomoże osiągnąć ten cel, dzięki unikalnej geometrii i zdolności do wydajnego, ale wydajnego spalania wewnętrznego.

Części silnika IDAR potrzebują niskiej rozszerzalności cieplnej , wysoka dokładność wymiarowa i wytrzymałość w warunkach obciążeń dynamicznych, aby wytrzymać dobrze pod wpływem ekstremalnych naprężeń i ciepła, które są nieodłączną częścią silników spalinowych (ICE). Ponadto części muszą być lekkie, aby osiągnąć wydajność i dobrą ogólną gęstość mocy.

Szybkie tworzenie prototypów jest ważne dla każdego startupu, a Lumenium wie, że szybkie iteracje mogą mieć wpływ na wydajność silnika i czas wejścia na rynek. Dlatego firma szukała bardziej opłacalnego, szybkiego podejścia do prototypowania części do montażu silników niż elektro-wyładowarka drutowa (EDM) i wewnętrzna maszyna CNC, i znalazła je w pulpicie DM Studio System, ze swoim Bound Metal Technologia osadzania (BMD).

Podczas gdy 350-miliardowy rynek ICE ma trzy typowe kategorie silników, silnik IDAR dodaje czwartą. Ale to nie jest łatwe - jego elementy muszą wytrzymać temperaturę spalania 1500 ° C, dynamiczne warunki obciążenia i siły spalania 1500 psi.

Zgodnie z nowym studium przypadku firmy Desktop Metal, "Projektowanie złożonego produktu przy bardzo wysokich wymaganiach dotyczących wydajności doprowadziło do powstania wielu generacji silników, z których każda ma długą koncepcyjną fazę projektowania, prototypowania i iteracji. Możliwość wykonywania częstych iteracji projektowych ma znaczący wpływ na końcową wydajność silnika. Pełny cykl rozwoju silnika dla każdej generacji silnika IDAR trwa od trzech do pięciu lat. Identyfikacja szybszego, bardziej opłacalnego podejścia do prototypowania ma kluczowe znaczenie dla rozwoju silnika IDAR, a zdolność do lekkich części przy jednoczesnym przestrzeganiu innych wymagań dotyczących właściwości mechanicznych wpływa bezpośrednio na osiągi silnika. "

Co miesiąc Lumenium robi z grubsza 20 prototypowych części, z 95% wbudowanymi w maszynę z drutem EDM i 5-osiową obróbką CNC; pozostałe 5%, które są zazwyczaj okrągłymi częściami, są wysyłane do zewnętrznego warsztatu mechanicznego. Ale 100% tych prototypowych części ma długi czas realizacji od prawie miesiąca, jeśli nie więcej, co ogranicza zdolność startupu do szybkiego iterowania silnikaprojekty.

Kolejną kwestią związaną z obróbką skrawaniem, oprócz wysokich kosztów, jest brak możliwości oferowania wielu opcji do produkcji lekkich części. Jest to problem dla firm takich jak Lumenium, ponieważ zmniejszenie masy o 50% w silniku może podwoić moc wyjściową i obroty silnika. Wczesne wersje silnika IDAR zostały wykonane z bloków lekkiego aluminium. Ale ten metal rozszerza się wraz ze wzrostem temperatury, co pomogło Lumeniumowi podjąć decyzję o zastosowaniu elementów ze stali do druku 3D ze stali, która ma współczynnik rozszerzalności cieplnej o 68% niższy niż aluminium.

Lumenium wybrał opcję z technologią druku 3D Desktop Metal, aby sprostać wymaganiom silnika i osiągnąć złożoną geometrię części. Dodatkowo, DM Studio System 3D drukuje części z wypełnieniem zamkniętokomórkowym, które można dostosować do wymagań zarówno wagi, jak i wytrzymałości.

Uruchomienie przedstawiło trzy części - siodełko, ramię wahadłowe i korbowód - do wstępnego benchmarkingu. Te części, które pasują do podzespołu silnika IDAR, muszą mieć dokładność wymiarową, mały transfer ciepła i rozszerzalność cieplną, i być w stanie wytrzymać zarówno dynamiczne warunki obciążenia, jak i siły spalania o wartości 1500 PSI. Metalowe drukowanie 3D pomogło osiągnąć to we wszystkich trzech przypadkach, przy szybszej i tańszej stawce niż obróbka, ale studium przypadku skupia się na nośniku siodełka.

Otwory poziome wymagają wewnętrznych konstrukcji wsporczych, aby zachować kształt przy większości wyciskania oparte na metodach druku 3D, ale Lumenium było w stanie zmodyfikować projekt i zmienić okrągłe otwory na kształt łezki, która nie wymagała konstrukcji wsporczych.

Dodatkowo, wspornik siodełka ma ząbkowanie wzdłuż górnej i dolnej części krawędzie pasujące do wahliwych ramion, aby pomóc elementowi silnika wytrzymać siły silnika. Zęby te nie mogą być wykonywane wyłącznie za pomocą drukowania 3D, ale proces uruchamiania był w stanie selektywnie dopasować grubość powłoki dla funkcji górnej i dolnej do 5,2 mm, aby wypełnienie nie było odsłonięte podczas obróbki.

Ważne ważne etapy przetwarzania końcowego, w tym obróbka CNC i obróbka elektroerozyjna, były wymagane w przypadku części drukowanych w 3D. Ale w porównaniu z częściami, które są obrabiane, liczba kroków jest zmniejszona, a same kroki są łatwiejsze do wykonania.

Również dla nośnika siodła i dwóch pozostałych części był on szybszy i mniej kosztowne korzystanie z systemu Studio w produkcji, niż obróbka skrawaniem: koszt za część spadł z 980 dolarów do 148 dolarów za siodłonośnik oraz masa części spadło z 1158 g do 933.

Według studium przypadku „, budowę i zasadę działania każdej części w zespole jest krytyczna, a więc zdolność do udoskonalenia i iteracyjne ma szybki bezpośredni wpływ na ogólną wydajność silnika. Poprzednie metody obróbki każdej części prototypowej - w domu lub w zewnętrznym warsztacie maszynowym - są czasochłonne i kosztowne. Wydrukowany siodełko, ramię wahadłowe i korbowód wykazują oszczędność czasu i kosztów, które zapewnia system. "

Lumenium będzie w stanie skrócić czas opracowywania produktu o 25% przy użyciu rozwiązania druku 3D Desktop Metal; przeczytaj pełne studium przypadku tutaj.