Teza stanowi dowód koncepcji zastosowania drukowania 3D w celu ulepszenia konstrukcji wewnętrznego zaworu upustowego

Streszczenie mówi: "Additive Manufacturing pozwala na szybszy i tańszy rozwój produktu, w tym personalizację, drukowanie w miejscu użycia i niski koszt wytworzonej objętości. W tym badaniu zastosowano prototypy wyprodukowane w stereolitografii w celu ulepszenia istniejącego produktu, wewnętrznego zaworu upustowego pompy wyporowej. W ramach tych badań opracowano i przetestowano cztery zespoły prototypowe z wydrukami 3D. Zespoły zaworu nadmiarowego składały się z produkcji dodatków wytwarzanych elementów zbiornika ciśnieniowego, poddawanych obróbce i instalowanych na pompie wyporowej bez dodatkowej obróbki. Projekty prototypów analizowano za pomocą symulacji Computational Fluid Dynamic w celu zwiększenia przepływu przez zawór. Symulacja została potwierdzona testami wydajności, aby zmniejszyć pękanie do pełnego obejścia zakresu ciśnienia zaworu. Zmniejszając ten zakres roboczy zaworu, można zmniejszyć zapotrzebowanie mocy układu napędowego pompy, co pozwoli na zwiększenie efektywności energetycznej w układach napędowych pompy. Testy wydajności 3D drukowanych zaworów bezpieczeństwa mierzyły przepływ pompy, ruch grzybka w zaworze i ciśnienie wylotowe w warunkach operacyjnych podobnych do istniejących aplikacji. Zespoły prototypowe Stereolithography działały bardzo dobrze, wykazując 56% redukcję różnicy ciśnień pomiędzy pękaniem a pełnym obejściem zaworu. Badania te wykazały krótkotrwałą zdolność produkowanych dodatków wyprodukowanych elementów do zastąpienia istniejących elementów metalowych w zastosowaniach w zbiornikach ciśnieniowych. "

Sprzęt znaleziony w pompach wyporowych, opracowany ponad sto lat temu, był w stanie przezwyciężyć istniejące ograniczenia wydajności, ale w żadnym razie nie były doskonałe. Pompy te wymagają wewnętrznego zaworu nadmiarowego, który zapewnia ochronę przed zbyt dużym ciśnieniem; w przypadku zmniejszenia przepływu wypływu, system nadciśnienia może zawieść.

"Głównym celem tych badań jest zbadanie działania wewnętrznego zaworu nadmiarowego dla pompy wyporowej, zaproponowanie ulepszenia warunki przepływu w pęknięciu do pełnego obejścia zakresu ciśnienia zaworu w oparciu o symulację przepływu i potwierdzić poprawę wydajności dzięki prototypom wydrukowanym w 3D ", napisał Dutcher.

Z biegiem lat, projekt wewnętrznego zaworu nadmiarowego w te pompy z dodatnim przesunięciem nie zmieniły się zbytnio. Ale za pomocą symulacji komputerowej projekt można zrewidować i zoptymalizować, aby uzyskać większą częśćwydajny. Jak pisał w swoim artykule, badania Dutchera potwierdzają prototypy wydrukowane w 3D, wykorzystując symulacje obliczeniowe Fluid Dynamics i testy perfrmance "w opracowywaniu ulepszenia do istniejącego produktu", a także pokazują, że zarówno koszty, jak i czas można zmniejszyć o użycie drukowania 3D do produkcji zaworu.

"Produkcja dodatków ma tę zaletę, że pozwala na modyfikację projektu," Dutcher napisał CD3D .

"Opracowanie dostosowywalnych komponentów końcowego zastosowania, które można wyprodukować w miejscu użycia, pozwala na wytwarzanie konkretnych produktów do zastosowań w zbiornikach ciśnieniowych."

Zawór Wykazano, że prototypy wydrukowane w 3D przy użyciu technologii SLA zmniejszają ilość pęknięć, aby całkowicie obejść różnicę ciśnień na scenie niezbędną do działania wewnętrznego zaworu nadmiarowego. Zastosowano druk 3D FDM, aby wykonać uchwyty montażowe do przymocowania czujnika LVDT do prototypów zaworów; ten czujnik mierzy ruch grzybka (wewnętrzne urządzenie w zaworze nadmiarowym, które uszczelnia jego powierzchnię) podczas testów.

W swojej rozprawie Dutcher chciał określić, czy drukowanie 3D może z powodzeniem zostać użyte do wytworzenia komponentów zawór testowy dla pompy wyporowej, jeżeli geometria zaworu mogła być zoptymalizowana w celu zmniejszenia pękania w oparciu o warunki przepływu, oraz gdyby wydrukowane prototypy 3D działały na tym samym poziomie, co istniejące wykonane konwencjonalnymi metodami produkcji. Ostatecznie, podczas gdy on odpowiedział na te pytania i wykazał, że druk 3D rzeczywiście ma zastosowanie w opracowywaniu nowych produktów, jego badania dostarczyły realnego dowodu koncepcji na ulepszenie istniejącego projektu produktu.

"Druk 3D opracowano prototypy, aby obniżyć koszty i czas realizacji testów prototypowych ", napisał Dutcher.

" Elastyczność w zakresie permutacji projektu, którą umożliwia tworzenie dodatków przy dostosowywaniu umożliwia jednoczesną walidację wielu projektów produktów. "< / p>

Używając drukowania 3D do tworzenia prototypów, Dutcher był w stanie opracować kilka różnych koncepcji projektowych w tym samym czasie, nie drażniąc się normalnymi barierami, które pochodzą z tradycyjnymi metodami produkcji. Druk 3D SLA umożliwia także produkcję części z "tolerancjami wymiarowymi obrabianych elementów", co pomaga przyspieszyć rozwój prototypów.