{"id":25361,"date":"2020-09-03T00:01:53","date_gmt":"2020-09-02T22:01:53","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=25361"},"modified":"2020-09-02T12:54:51","modified_gmt":"2020-09-02T10:54:51","slug":"effizienzerhoehung-von-mikroturbinen-durch-metall-am-030920201","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/effizienzerhoehung-von-mikroturbinen-durch-metall-am-030920201\/","title":{"rendered":"Moderne Metall AM erm\u00f6glicht Mikroturbinen mit 40-fach h\u00f6herer Effizienz"},"content":{"rendered":"

Eine Mikroturbine ist historisch gesehen eine vereinfachte Version einer Gasturbine, die f\u00fcr eine Vielzahl von Anwendungen geeignet ist: Sie werden in unbemannten Flugzeugen (UAVs) eingesetzt, um die Batterien zu laden und die Motoren anzutreiben als Range Extender oder in Hybrid-UAVs, die zwischen Batterien und Motoren wechseln. In den USA hat Sierra Turbines die Regeln der konventionellen Fertigung gebrochen, um die Leistung von Mikroturbinen zu verbessern. Roger Smith, Chief Executive Officer, erkl\u00e4rt, dass das Unternehmen plant, mindestens 95% seiner Komponenten f\u00fcr Mikroturbinen additiv zu fertigen<\/a>, selbst wenn das Unternehmen die Gro\u00dfserienproduktion erreicht. Um dies zu erreichen, beschloss das Unternehmen, mit VELO3D<\/a> zusammenzuarbeiten und sich dabei auf seine firmeneigene Technologie zur Herstellung von Metallzus\u00e4tzen ohne Unterst\u00fctzung zu verlassen. Ihr Ziel ist es, ihre Mikroturbinen 40x effizienter zu machen, indem sie eine 10x h\u00f6here Leistungsdichte bieten und das Gewicht im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen Mikroturbinen um 50% reduzieren.<\/p>\n

Additive Fertigungstechnologien werden die traditionellen Herstellungsmethoden nicht ersetzen, aber sie k\u00f6nnen sicherlich die Leistung f\u00fcr Anwendungen steigern, bei denen das Design noch nicht optimiert wurde. Dies ist der Fall bei Mikroturbinen, wo Kostenbeschr\u00e4nkungen die Herstellung komplexer Merkmale, die die Leistung verbessern w\u00fcrden, schon immer verboten haben. Die Zeit zwischen den \u00dcberholungen (TBO) f\u00fcr die meisten kleinen Turbinentriebwerke betr\u00e4gt durchschnittlich 40 bis 50 Stunden, aber Roger Smith beabsichtigt, diesen Wert auf \u00fcber 1000 Stunden zu erh\u00f6hen, was dem von Verkehrsflugzeugen entspricht. Dar\u00fcber hinaus plant er, das Gewicht der Triebwerke um die H\u00e4lfte zu reduzieren, den L\u00e4rm zu verringern und die Treibstoffeffizienz zu verbessern, w\u00e4hrend gleichzeitig die Turbinen einfacher herzustellen sind. Das sind ehrgeizige Ziele, gelinde gesagt!<\/p>\n

\"Mikroturbinen\"

Querschnitt einer Brennkammer eines Sierra Turbines Triebwerks, der die Komplexit\u00e4t des Innenraums verdeutlicht. Beachten Sie die d\u00fcnnen Luftfolien und das glatte Gitter, die der Brennkammer helfen, den Kraftstoff vor der Verbrennung effektiv zu verspr\u00fchen. Bei der herk\u00f6mmlichen Fertigung h\u00e4tte dieses spezielle Teil die Montage von 61 einzelnen Komponenten erfordert, aber durch den 3D-Druck wurde es zu einer einheitlichen Geometrie mit feinen Details und Merkmalen konsolidiert, die mit keiner anderen Methode erreicht werden h\u00e4tte k\u00f6nnen. Bildnachweis: VELO3D<\/p><\/div>\n

Roger Smith erkl\u00e4rt, dass er zuversichtlich ist, dass sein Team dort Erfolg haben wird, wo andere gescheitert sind, dank einer Vielzahl von Konstruktionsverbesserungen, die nur mit Moderner Metall AM m\u00f6glich sind. Hier kommt VELO3D ins Spiel. Heutzutage sind einige Designs mit pulverbasierten Metall-AM-Technologien ohne eine St\u00fctzstruktur nicht herstellbar, wodurch zus\u00e4tzliche Nachbearbeitungsschritte<\/a> zu ihrer Entfernung hinzugef\u00fcgt werden, was die Kosten erh\u00f6ht und die Designfreiheit einschr\u00e4nkt. Die Technologie von VELO3D erm\u00f6glicht die Herstellung komplexerer Komponenten, auch ohne St\u00fctzstruktur. Diese wird\u00a0 durch ihren dedizierten AM-Software-Flow vervollst\u00e4ndigt.<\/p>

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Bei Sierras Mikroturbinen wurden die Brennkammer, das Herzst\u00fcck der Aurelius-Mikroturbinen, speziell f\u00fcr die additive Fertigung entwickelt. Das Bauteil enth\u00e4lt Hunderte von kleinen L\u00f6chern, feine netzartige Gewebe, Dutzende von internen K\u00fchlkan\u00e4len und eine Reihe von d\u00fcnnen, \u00fcberaus hohen W\u00e4nden. Der urspr\u00fcngliche Entwurf enthielt 61 einzelne Teile, die mit DfAM-Techniken zu einem einzigen zusammengef\u00fcgt wurden. Es ist dieses hochentwickelte Design, das Smith verschiedenen Herstellern von Zusatzger\u00e4ten pr\u00e4sentierte, bevor er sich f\u00fcr VELO3D<\/a> entschied. Er forderte sie auf, das Teil aus Hastelloy\u00ae X zu bauen, einem hochbest\u00e4ndigem, kriecharmen Metall, das es dem Motor erm\u00f6glichen w\u00fcrde, Temperaturen zu erreichen, die normalerweise in Mikroturbinen unerreichbar sind.<\/p>\n

\"Mikroturbinen\"

Querschnitte des gedruckten 3D-Triebwerkkerns zeigen feine Details. Links sehen sie das Objekt gedruckt und rechts als CAD-Modelll. Der blaue Teil im CAD-Modell definiert eine nahtlos ineinander \u00fcbergehende Gittergeometrie, die mit der Optimierungssoftware von nTopology entworfen wurde und die die einzigartige F\u00e4higkeit besitzt, die Gittergr\u00f6\u00dfe und -dicke r\u00e4umlich zu variieren, um die Motorleistung und -performance zu maximieren. Bildnachweis: VELO3D und Sierra Turbines.<\/p><\/div>\n

\u00dcber seine Zusammenarbeit mit VELO3D sagt Roger Smith: „Das Team von VELO3D hat mit uns am Design gearbeitet und die Dinge so optimiert, dass sie besser herstellbar sind, aber es war ihre Flow-Software, die vielleicht am meisten dazu beigetragen hat. Sie enth\u00e4lt eine Reihe spezieller Werkzeuge, die wertvolles Feedback w\u00e4hrend des gesamten Druckvorbereitungsprozesses liefern.“<\/em> Am Ende dauerte der 3D-Druck von 2 Brennkammern der Mikroturbinen etwa 50 Stunden – herk\u00f6mmliche Herstellungsmethoden h\u00e4tten Monate in Anspruch genommen.<\/p>\n

Dar\u00fcber hinaus konnte das Team von Sierra Turbines durch den Wegfall von St\u00fctzstrukturen an flachen \u00dcberh\u00e4ngen, auch den Bedarf an sekund\u00e4rer Bearbeitung und anderen Nachbearbeitungsverfahren reduzieren, was ziemlich teuer sein kann. Schlie\u00dflich dokumentiert die Qualit\u00e4tssicherungssoftware des Systems, Assure, alle kritischen Sensordaten, die sich auf die Teilequalit\u00e4t auswirken, und erstellt einen umfassenden Baubericht zur R\u00fcckverfolgbarkeit. Ausgestattet mit Datenpunkten zu Vorspr\u00fcngen, Sauerstoffgehalt, Filterlebensdauer und Laserausrichtung ist Sierra Turbines zuversichtlich, dass das gebaute Teil dem Standard entsprach.<\/p>\n