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航空航天增材制造:3D打印優(yōu)化的低壓渦輪葉片

魔猴君  行業(yè)資訊   1900天前

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據(jù)魔猴網(wǎng)了解,一組研究人員在《中空低壓渦輪葉片的初步優(yōu)化》中探討了用于制造關(guān)鍵工業(yè)組件的增材制造工藝。隨著材料科學(xué)的飛速發(fā)展,通過3D打印和增材制造創(chuàng)建零件的選擇有很多。 Abrusci指出,GE Advanced Turboprop35%的添加劑制造)令人印象深刻,并意在為塞斯納·德納利(Cessna Denali)單引擎飛機(jī)提供動(dòng)力。

與傳統(tǒng)方法相比,增材制造具有實(shí)質(zhì)性的優(yōu)勢,特別是在生產(chǎn)速度和重量輕(降低5%)。 Abrusci指出以下是最受歡迎的PDF技術(shù):

.EOS的選擇性激光燒結(jié)(SLS)或直接金屬激光燒結(jié)(DMLS

.雷尼紹的選擇性激光熔化(SLM

.ARCAM的電子束熔化(EBM

AM技術(shù)對全球行業(yè)的影響   

總體而言,增材制造為工業(yè)用戶帶來了巨大的好處,因?yàn)榕c傳統(tǒng)的組裝設(shè)計(jì)(DFA)和制造設(shè)計(jì)(DFM)技術(shù)相比,他們可以享受更輕松,更實(shí)惠的生產(chǎn)。 AM還可以直接制造復(fù)雜零件,甚至包括裝甲,曲柄滑塊機(jī)構(gòu),齒輪,鉸鏈,接頭等等。減少了材料浪費(fèi),可以用更少的零件制造零件,從而使組裝更容易。

增材制造設(shè)計(jì)(DFAM)包括以下內(nèi)容:

.規(guī)格分析

.初始形狀

.定義一組參數(shù)

.參數(shù)優(yōu)化

.形狀驗(yàn)證

“假設(shè)通過單個(gè)增材制造過程制造零件,則設(shè)計(jì)過程首先要定義一組功能性表面,其功能是幫助將零件組裝到其他零件上,傳遞機(jī)械或熱負(fù)荷或確保液體或氣密性,以防止零件與其他零件碰撞以及允許流體循環(huán)?!?Abrusci說。 “此外,零件的材料必須符合制造過程以及行為要求?!痹谶x擇材料時(shí),由于零件具有較高的機(jī)械性能,因此可能會(huì)使用更輕的組件。 Abrusci指出,通過AM工藝,可以使用更好的材料,例如鈷鉻合金,Ti6Al4VInconel。在優(yōu)化過程中,用戶傾向于非常關(guān)注重量,而重量是材料的主要組成部分。

在用于增材制造的水上設(shè)計(jì)中,工業(yè)用戶還必須考慮:

.優(yōu)化方法選擇

.優(yōu)化響應(yīng)定義

.優(yōu)化目標(biāo)和約束功能定義

AM技術(shù)的成本與零件復(fù)雜度

使用創(chuàng)新的輕質(zhì)材料的能力使增材制造工藝對航空航天業(yè)具有吸引力,并且更易于用于渦輪葉片之類的組件-具有簡化的幾何形狀和最終的拓?fù)鋬?yōu)化。這項(xiàng)研究的特色是Avio AeroGE航空業(yè)務(wù)部門),因?yàn)樗麄冊噲D利用優(yōu)化的拓?fù)?。本論文的研究案例是安裝在航空渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)上的低壓渦輪轉(zhuǎn)子葉片?;窘Y(jié)構(gòu)由風(fēng)扇,壓縮機(jī),燃燒室,高/低壓渦輪機(jī)和噴嘴組成。轉(zhuǎn)子葉片由護(hù)罩,葉片主體,軸和燕尾組成。該模型的驗(yàn)證包括:

.設(shè)計(jì)空間和非設(shè)計(jì)空間的定義

.網(wǎng)格,載荷和約束的應(yīng)用

.基本模型的靜態(tài)分析,與基線的比較

.拓?fù)鋬?yōu)化包括設(shè)置功能,響應(yīng),參數(shù)等,以提高性能。

拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果

模型1包含懸挑約束,但是模型2(由于設(shè)計(jì)空間更加復(fù)雜)需要進(jìn)行修改以實(shí)現(xiàn)收斂性優(yōu)化?!办o態(tài)分析結(jié)果與拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果完全匹配;因此,所開發(fā)的方法論得到了驗(yàn)證?!枰扇∵M(jìn)一步的步驟來開展有效的業(yè)務(wù)案例可行性研究,首先需要進(jìn)行初步的CAD重建,以驗(yàn)證最終設(shè)計(jì),還需要進(jìn)行LCFHCF分析;如果存在較高的殘余應(yīng)力或其他不良影響,設(shè)計(jì)人員應(yīng)進(jìn)行其他結(jié)構(gòu)優(yōu)化,并在最后一步進(jìn)行完整的過程仿真。”

模型2的平滑處理沒有懸垂約束

魔猴網(wǎng)點(diǎn)評:幾十年來,航空航天業(yè)一直在接受3D打印,但是增材制造的創(chuàng)新在過去幾年加速了,特別是隨著該技術(shù)成為主流,生產(chǎn)了如雷達(dá)系統(tǒng),支架和其他類型渦輪等部件。

 

文章來自網(wǎng)絡(luò)

來源:中國3D打印網(wǎng)

本文提到的3D打印材料簡介

具有良好的生物兼容性,適合做義齒等植入物
   
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