menu close Teknologiens Mediehus
person Konto arrow_drop_down
3D-print bliver en stadigt mere relevant del af industriproduktionen. Nu kan selv hårdt belastede dele som rotorbladene i en gasturbine produceres ved hjælp af metoden.
Det har Siemens bevist ved at teste en gasturbine med 3D-printede blade ved fuld belastning. Bladene i turbinen er fremstillet udelukkende ved hjælp af 3D-print og har under testen modstået 13.000 omdrejninger i minuttet ved temperaturer på over 1.250 grader celsius, skriver Siemens i en pressemeddelelse.
Turbinebladene er designet som konventionelle blade, men er fremstillet i en højtydende polykrystallinsk superlegering af nikkel. Der er med andre ord tale om en nikkellegering, der kan modstå ekstremt høje temperaturer, og som indeholder flere forskellige krystaller.
Selskabet fremhæver, at netop turbinebladene er udsatte, da de ud over at rotere i gas på 1.250 grader køles af 400 grader varm luft og roterer med 1.600 km i timen.
»Det er et gennembrud for anvendelsen af ‘additive manufacturing’ (3D-print, red.) inden for elproduktionsområdet, som er en af de mest udfordrende anvendelser af denne teknologi,« siger direktør i Siemens’ Olie- og Gasdivision Willi Meixner ifølge pressemeddelelsen.
Hos Siemens er satsningen på 3D-print en del af en digitaliseringsstrategi, påpeger direktøren, der tilføjer, at Siemens vil fortsætte udviklingen i samme retning:
‘Denne spændende teknologi forandrer den måde, vi producerer, ved at reducere tiden til prototype-udvikling med op til 90 pct.,’ hedder det i pressemeddelelsen.
3D-print bliver i dag brugt til at fremstille prototyper hos Siemens, som derudover har åbnet produktionsfaciliteter, der ved hjælp af 3D-print fremstiller komponenter til gasturbinernes kompressorer og forbrændingssystemer.
Turbinebladene i SpaceX's Falcon 9 raketmotorer har nogle problemer med revner, der skal afhjælpes inden motoren kan anvendes til bemandede opsendelser.
SpaceX 3D-printer jo allerede i hvert fald væsentlige dele af deres raketmotorer.
Hvilke temperaturer og øvrige belastninger udsættes turbineblade i en Falcon 9 motor for?
Vibrationer vil jeg tro at der er mere udbredte i en raket kontra i en dampturbine, som nok er det som Siemens har sig for øje at dække dette segment med denne nye type turbine blad.
"Hvilke temperaturer og øvrige belastninger udsættes turbineblade i en Falcon 9 motor for?"
Det vil være i samme størrelsesorden som i artiklen, men de nøjagtige data på deres arbejdsmedie er ikke kendt uden for Space X.
Men - vi ved...
Space X Merlin bruger en gammelkendt gas generator cycle, hvor man forbrænder LOX og RP-1 med stort overskud af RP-1 ( som et petroleums destillat ) for at holde temperaturen inden for de termiske specs på turbinen.
Turbinen er ikke aktivt kølet, og den har kun to ekspansions trin - det er populært sagt kun højtryksparten man flyver, fordi krav til power density og lav vægt er mere afgørende end forbruget af LOX / RP-1 i turbinen.
Russernes Soyus - som Andreas Mogensen fløj til ISS med - benytter også en gas generator cycle, men med spaltningsprodukter af højkonc. hydrogenperoxid som arbejdsmedie. Det er en damp / oxygen blanding. Det er væsentligt enklere turbine teknisk, da temperaturen så kun er 450 - 600 C afhængigt af konc. af hydrogenperoxid.
Raketturbiner har kørt med overhedet damp helt ned til 250 C.
Turbiner til det brug kan fint benytte almindelige stål ( evt. krom nikkel leg. ) til deres blade.
Set med "konventionelle" gasturbine eller dampturbine "øjne" er raketturbiner faktisk ret primitive.
Se billede:
https://forum.nasaspaceflight.com/index.ph...
Ingen hi res billeder er fundet. Space X er ikke rigtigt med på open source bølgen....!
Såvel brændkamre, som turbine pumper i raketter vil kunne fremstilles med enorme besparelser hvis 3D print i aluminium, kobber, kobber/nikkel og andre legeringer bliver gængst, billigere og kan levere mekaniske egenskaber sammenligneligt med andre fremstillingsmetoder.
Peter Madsen
Du kan nemt 3D printe stål: https://www.shapeways.com/materials/steel
Det klarer 831 grader. Du burde kunne lave en turbopumpe med hydrogenperoxid.
En ting jeg ikke forstår er hvorfor alt skal 3D printes. Du kan også bare lave din turbine i rigtigt stål på en Tormach CNC fræser med 4 eller 5 akser.
Korrekt, men den vejer meget mere.
med laserskæring og TIG svejsning, og den vejer ikke mere.
-Dette er selvsagt forbeholdt low temp som damp / oxygen eksemplet, men det er fuldkommen spild af tid at gå til inconel, når vi snakker 250 - 400 C damp.
Så vidt jeg ved kom Andreas Mogensen fint til ISS :o) med turbinepumper trukket af dampturbiner.
Men 3D print er essentielt en "robotisk" proces, og det gør det spændende. Man printer bare...det andet kræver håndværk og håndtering.
Man skal faktisk være lidt af en maskinarbejder for lige at frese en impeller til en centrifugalpumpe, eller et turbinehjul. Det skal man ikke for at operere en 3D printer...trods alt.
Peter Madsen
En fordel ved 3D print som man aldrig kan opnå ved fræsning og svejsning er produktionen af komplekse figurer. Hvis man ser på turbinebladet i artiklen, så ligner det at den er hul. Ud fra strukturelle betragtninger er der nok et gitter-mesh inde i det hulrum for at forstærke selve bladet og samtidig holde vægten nede. Dette er kun muligt ved 3D print fordi man her benytter en såkaldt bottom-up metode, hvor man bygger elementet op lag på lag, og derved kan inkorporere små hulrum og lign. uden problemer.
Nå ja, og så kræver en 3D printer jo heller ikke timeløn :P
Der er vel også det aspekt at skæring, drejning og fræsning er substraktiv fremstilling. dvs. du får spild materiale (som formentligt er ret dyrt!) i form af spåner.
Dette undgås ved print, da det kun er det materiale delen består af som indgår i fremstillingen.
Næstefter kan 3D printede dele laves hule, eller bestykkes med en intern gitterstruktur der kan beregnes og optimeres i forhold til vægt og styrke. Det er ret svært at gøre på en fræser da hulrum er udelukket for den process.
'Varmegrader' ? - Hvorfor ikke bare 'Celsius', når det er det, der står i artiklen ?
Varmegrader må være noget med Reamur, Farenheit, Kelvin ... ;)
Som jeg opfatter artiklen, er hulrummene til køling!?
Det kommer an på processen. Mange 3D print processer kræver at hulrum kan tømmes for overskydende materiale. Emnet kan være hult men med begrænsninger.
Der er også en del strukturer der ikke kan 3D printes, eksempelvis fordi din process ikke tillader uunderstøttet strukturer. Et andet problem kan være overflade kvalitet og små detaljer.
Man kan læse lidt om de forskellige materialer og processer hos Shapeways. Mange af de begrænsninger du har er der ikke hvis du i stedet fræser emnet. Der er så nogle andre begrænsninger, så ingen teknologi klarer alle opgaver.
[quote id=779911]Ingen hi res billeder er fundet. Space X er ikke rigtigt med på open source bølgen [quote] Det de foreløbig har dokumenteret, er super draco motoren printet i inconel: http://www.spacex.com/news/2014/07/31/spac... Ved den nyligt afholdte hyperloop konkurrence blev der fremvist er par motorer der havde været ude at flyve. Jeg tror temperaturen i kværken nærmer sig det der beskrives i artiklen. I øvrigt er det at misbruge teknologien at lave en eksakt replika af et enkelt turbine blad, for noget af det bedste ved teknologien er at man kan kombinere ting der ellers ikke kan lade sig gøre. Som er eksempel kunne man lave en hel krans af turbine blades i en proces
Bladet er nok tiltænkt en gasturbine, som de ifølge artiklen har testet det i.
Ja, men det gør det stadig ikke muligt at producere dem på en CNC fræser som det påstås ovenfor.
Mulighed for kølekanaler er bare en af fordelene ved 3D print. Jeg ved at en større dansk legetøjsproducent bruger 3D printede støbeforme, netop fordi der med 3D print kan laves kølekanaler i støbeformen. Derved kan støbemaskinen støbe flere plastemner i samme tidsrum og den øgede udgift tjenes hjem med overskud.
For rumfart (men også skib, fly osv.) er der også en kæmpe fordel på sigt. Samme maskine til at printe den reservedel du lige har brug for der hvor du befinder dig lige nu.
Du kan se på kvaliteten af turbinebladets overflade at det faktisk er produceret på en hybrid CNC fræser og 3D printer ligesom denne:
https://youtu.be/oaIOrQi2HLM