Wytwarzanie dużych elementów metalowych w technologii obróbki przyrostowej jest tuż za rogiem
Obróbka przyrostowa, czyli metoda wytwarzania polegająca na dodawaniu materiału do obrabianego elementu w kolejnych warstwach, stanowi przeciwieństwo konwencjonalnych metod obróbki skrawaniem, które zakładają usuwanie kolejnych warstw materiału, aby uzyskać pożądany kształt. Możliwości tej technologii stanowią prawdziwą rewolucję w świecie wytwarzania, gdyż pozwalają na opracowywanie elementów i części o złożonej geometrii, w dodatku umożliwiają produkcję niewielkich wolumenów produktów o wysokiej wartości. Z tych powodów jest także pierwszym wyborem dla sektora lotniczego. Technologia laserowego spiekania w złożu proszkowym, określana także skrótem LPBF od angielskiej nazwy tej metody, stanowi jedną z najpopularniejszych technik obróbki przyrostowej wykorzystywaną do wytwarzania elementów metalowych - zarówno implantów dentystycznych, aż po elementy dla sektorów lotniczego i kosmicznego, gdyż pozwala na uzyskiwanie elementów o kształcie zbliżonym do pożądanego. Elementy wykorzystywane w przemyśle lotniczym i kosmicznym mogą osiągać duże rozmiary, a przestrzeń robocza typowych maszyn LPBF wynosi obecnie około 25 na 25 na 35 centymetrów. Dzięki finansowanemu ze środków Unii Europejskiej projektu MOnACO ta sytuacja ulegnie znaczącej zmianie. Zespół zoptymalizował technologię LPBF z myślą o wytwarzaniu dużych elementów, prezentując szereg korzyści wynikających ze stosowania tego rozwiązania do wydruku dużej obudowy centralnej turbiny o średnicy jednego metra.
Projektowanie z myślą o wytwarzaniu przyrostowym
Technologia LPBF polega na osadzaniu drobnego proszku w cienkich warstwach, które są następnie selektywnie topione wiązką laserową, aby uzyskać pożądaną geometrię elementu. Jak twierdzi koordynator projektu Dirk Herzog z Politechniki w Hamburgu: „W ramach projektu MOnACO powstała wielozadaniowa metodologia projektowania z myślą o wytwarzaniu przyrostowym dotycząca ramy środkowej turbiny. Metodologia ta pozwoliła na optymalizację projektu części w celu realizacji założeń technicznych przy pełnym wykorzystaniu możliwości technologii LPBF. Co więcej, zespół zoptymalizował także proces LPBF pod kątem właściwości ramy środkowej turbiny oraz wydajności, a także ustalił wytyczne projektowe”.
Technologia LPBF: konsolidacja części, mniejsza masa, lepsze właściwości
Obudowa środkowa turbiny została wydrukowana przy użyciu urządzenia LBPF opracowanego przez spółkę GE Additive. Project A.T.L.A.S które jest największym z urządzeń dostępnych obecnie na rynku. Zastosowanie opracowanych przez projekt rozwiązań w silniku LEAP opracowanym przez spółki GE Aviation i Safran Aircraft Engines pozwoliłoby zmniejszyć jego masę o 14 kilogramów, co przełoży się na redukcję emisji CO2 o 350 ton w całym cyklu eksploatacji samolotu. W miarę popularyzacji technologii LPBF do wytwarzania innych elementów silnika, możliwości w zakresie ograniczania masy będą coraz większe. Projekt MOnACO skutecznie zrealizował jeden z największych wytworzonych dotychczas elementów wykonanych w technologii obróbki przyrostowej, wykazując znacznie mniejszą masę gotowego rozwiązania przy mniejszej liczbie elementów, a także większej szczelności. Wyeliminowanie montażu poprzez połączenie wielu elementów w jeden podzespół będzie miało istotny wpływ na koszty i czas produkcji. Zwiększenie osiągów przy jednoczesnym zmniejszeniu wagi zmniejszy zużycie paliwa oraz emisję CO2, tlenków azotu i hałasu, wspierając bezpieczniejszy, czystszy i bardziej zrównoważony transport lotniczy.
Słowa kluczowe
MOnACO, LPBF, obudowa centralna turbiny, obróbka przyrostowa, silnik, przemysł lotniczy, technologia obróbki przyrostowej, konsolidacja części, projektowanie z myślą o obróbce przyrostowej, laserowe spiekanie w złożu proszkowym, duże elementy
