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ProJet3D打印机助力涡轮技术腾飞

ProJet3D打印机助力涡轮技术腾飞 MBot 3D
2014-09-12
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导读:出色的涡轮发动机制造商正在想方设法完成变更,最大限度地迭代设计,快速、精确、低成本生产零部件。

使用传统模具制造技术打造测试零件,有一定风险。以涡轮发动机零件为例,传统工艺需要几个星期时间、几万美元的投入才能完成。零件设计要经过周期分析、计算流体动力学、有限元分析和实体建模等大量工作,但任何一个环节都可能因需求变更或错误而发生改动。一旦设计上发生突然的变更,闪亮登场的新测试零件就成了一块费时、烧钱的废铜烂铁。


此外,采用传统工艺,几乎不可能进行迭代设计和测试。特别是涡轮叶片,由于对扭转有严格的精度要求,可能需要多次试验。角度相差几度,就可能无法运作。但是,一个零件的制作成本高达$20,000,怎么可能单独做几个测试零件。


出色的涡轮发动机制造商正在想方设法完成变更,最大限度地迭代设计,快速、精确、低成本生产零部件。威斯康星州的Turbine Technologies(涡轮技术)公司及其研发燃气涡轮的兄弟公司Kutrieb Research,采用3D Systems ProJet®3D打印技术达成了上述目标。他们先打印生产多款蜡模,然后用耐高温合金浇铸,进行测试,如此迭代直到找到合适的设计方案。

公司副总裁Toby Kutrieb说:“世界上所有的工程类和有限元分析软件都无法取代物理测试模型。”一家公司,若想物理测试关键零件,ProJet蜡模在研发过程中可起到巨大的推动作用,无需依赖于昂贵的工具。


过去的25年,Turbine Technologies公司为大专院校的工程专业提供教学实验室涡轮设备。Kutrieb Research作为其独立子公司,致力于小型、高级涡轮引擎的研发,适用于车辆、无人机等。迄今为止,Kutrieb Research成功完成了美国宇航局、海军研究实验室、美国空军和美国陆军等客户的项目。创始人Wolfgang Kutrieb和他的三个儿子对自家的涡轮了如指掌。

他们早早地就预料到熔模铸造非常适合测试和生产,会带来巨大的成功。在公司刚起步那会儿,数控技术还没有那么先进,机床安装还很贵(现在也是)。所以,Wolfgang Kutrieb买了台稀罕物品——真空感应炉,用于铸造高镍超级合金,打造涡轮发动机。那些年,他们用手双雕刻铸造模型,艰苦而漫长的过程。

Turbine Technologies公司上世纪90年代末进军3D打印领域,当时他们购置了3D Systems Viper SLA®3D打印机。十年后,3D Systems公司销售经理Jim Dier向他们推荐新款打印机ProJet CP3000(现在型号为ProJet 3510),并试打了一些蜡模样品。ProJet 3510快速打印铸造模型,展现非凡精确度,完全精准地再现模型。ProJet打印的蜡零件可采用各种浇铸过程,包括Turbine Technologies公司使用的所有工艺过程,以及珠宝、医疗设备应用。


“铸造模型很出色,” Toby Kutrieb说,“Jim给了我们一些样品,我们试着浇铸、烧制,做了模具,效果令人很满意。于是从出厂的第一批打印机中购置了一台。”


收到ProJet后立即着手使用。Toby Kutrieb说:“我们经常用这台机器。”主要用于产品的研发,在迭代设计和研究阶段起着至关重要的作用。后来,开始用ProJet做些更有意义的事情,小批量生产零件、打印涡轮零件的铸造模型、完成部分定制工作。“现在,”Toby Kutrieb继续说道:“大于20%的时间都在用打印机进行研发。剩下的80%时间用于量产。”


传统蜡模制作始于铣削注模,属于削减式生产。然后,工人向模具内注入蜡。蜡模完成后,在其表面覆满陶瓷,再烧至蜡融化,只剩下陶瓷外壳。接着采用真空熔模铸造工艺,即将熔融耐高温合金倒入陶瓷壳内。自从采用ProJet铸造模型,Turbine Technologies公司可以在数小时内打造蜡模,无需浇铸模具,无需注蜡,也无需等待冷却。


“如果采用传统方式生产蜡模,”Toby Kutrieb说,“需要5周,成本超过$20,000。然而,如果用3D Systems的打印机,比如制作轴向涡轮整体叶盘的快速原型,无需熬夜坚守,第二天早上就能看到铸造成型的成品,而且成本不到$2,000。”


无论是用于研发还是批量生产环节,ProJet使得零件制作更精准,设计试验更自由。轻松打印多款不同的设计,选择最优方案。质量的提升,意味着更多的商机、更好的信誉。

“此外,”Toby Kutrieb强调,“ProJet带来的数字化工艺流程,确保设计的可行性。工具作业容易造成损坏,必须培训正确操作步骤。成品可能因火灾烧得不留痕迹,必须好好保护。工具有闪失,就意味着数月工期的延误。但是采用数字化文档,发生意外的话,几天内我们就能恢复生产。”


ProJet使该公司将服务和产品业务进行了分离。旗下一家教学实验室,允许工程专业的学生通过设计学习叶轮。然后,由Turbine Technologies公司使用ProJet打印每位学生的设计。 “他们用数学公式,理论上了解叶轮的运作,并进行设计。然后,设计文件发送给我们,进行打印、浇铸,学生可以亲眼见证理论与实际的差距。”Toby Kutrieb说。诸如此类的服务有助于不断推广Turbine Technologies这个品牌,也有助于世界各地学生积累实际经验。

如今,Turbine Technologies和Kutrieb Research生产的涡轮内部零件大多先用ProJet 3D打印而成。他们甚至为其他公司提供铸造和快速成型服务。精简的工作流程,使Kutrieb家族旗下这两家企业的地位日益提高,获得涡轮开发商和制造商的信赖。面向大型引擎市场而研发的大胆新颖设计,为他们绘制了更广阔的未来。


【声明】内容源于网络
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