3D technológia, výroba leteckých motorov

[IgorT]

MELBERN, BRATISLAVA. 3D tlačiarne už nevyrábajú iba plastové pištoľky, betónové budovy a čokoládové bonbóny s ornamentmi, no trúfnu si aj na letecký prúdový motor. Teraz to ukázali akademici z melbournskej univerzity Monash.
Inžinierom sa podľa magazínu Mashable podarilo vypracovať postupy, vďaka ktorým možno 3D tlač použiť pri návrhu a výrobe motorov. Pomohla technológia, ktorá využíva laserový lúč na tavenie práškových kovov.



Čítajte viac: http://tech.sme.sk/c/7668152/pomocou-3d ... z3SrNsBQLb

[pks]

IgorT: Na odkazovaném videu jsou vidět lopatky a ty trpí tradičním neduhem 3D tisku - velmi hrubým povrchem (viz 21. sekunda.) - takže výsledné parametry motoru budou podle mě výrazně horší, než u originálu.

[QVAK]

MELBERN, BRATISLAVA. 3D tlačiarne už nevyrábajú iba plastové pištoľky, betónové budovy a čokoládové bonbóny s ornamentmi, no trúfnu si aj na letecký prúdový motor. Teraz to ukázali akademici z melbournskej univerzity Monash.
Inžinierom sa podľa magazínu Mashable podarilo vypracovať postupy, vďaka ktorým možno 3D tlač použiť pri návrhu a výrobe motorov. Pomohla technológia, ktorá využíva laserový lúč na tavenie práškových kovov.



Čítajte viac: http://tech.sme.sk/c/7668152/pomocou-3d ... z3SrNsBQLb

K diskusi o problému je nutné znát nejen pokročilé základy 3D tisku ale i min. strojařinu na střední, spíše ale na inženýrské úrovně. Např. znát konstrukci dotyčného motoru po materiálové i technologické, mechanické (výpočtové) stránce a výrobní ekonomii abyste spočítal kdy je výroba 3D tiskem rentabilní. Víte z kolika druhů a jakých materiálů se skládá turbína nebo stupeň kompresoru? Jak jsou tepelně zpracovány a jaká je požadovaná tvarová přesnost a drsnost obrobených ploch? Těch znalostí pro porovnání by člověk musel mít podstatně více. Odhadem tuto možnost prozatím vylučuji jak po ekonomické stránce tak technologické i pevnostní. Nevylučuji ale možnost lacinější a rychlejší výroby demonstrátorů jak na výstavy (veletrhy) tak učebních. To by stálo za zvážení.

[kenavf]

3D tisk nie je vhodný na sériovú resp hromadnú výrobu.To čo sa píše v médiách "3D tlačiareň do každej rodiny" je len mediálna bublina,podobne ako to bolo s 3D televizormi(len veľmi málo ľudí používa televíziu zapnutú v 3D režime).
3D tisk má opodstatnenie pri výrobe dielov,ktoré je nemožné inou technologiou vyrobiť(napr. rôzne dutiny v stenách a pod.,..)
Opodstatnenie je hlavne u výroby umeleckých artefaktov,modelov,demonstrátorov,prototypov v konštrukčných kanceláriách a pod.Ďalej pre modelárov,alebo pre odlúčené pracoviská mimo civilizácie a vo vesmíre(na ISS už tiež majú),pretože v prípade poruchy súčiastky je alternatíva že si náhradnú súčiastku vytlačia.
Použitie v domácnosti je málo praktické a to z toho dôvodu že 3D-tlačiareň na plast niečo stojí(aj keď teraz sa dá zohnať v cene od cca 400€),spotrebný materiál tiež niečo stojí(cca 1000Kč/kg), a hlavne ak si človek nehce tlačiť blbosti stiahnuté z internetu a chce robiť niečo svoje,tak by tí ľudia museli ovládať 3D design programy(ale možno by to potom zdvihlo vedomostnú úroveň obyvateľstva).

S tou rýchlosťou tlače,keď to zoberiem z opačnej strany=leserové gravírovanie(osobná skúsenosť),tak úber materiálu je max cca 7mm kubických za minútu(píšem o nástrojárskom gravírovaní nie o rezaní laserom).Opačný proces-3D tlač z kovu by som odhadol že bude ešte pomalšie.

[Alchymista]

SpaceX robí technikou 3D tlače z kovu nejaké diely pre motory Merlin, tuším diely turbočerpadla.

[nine_mike]

Čo sa týka leteckých motorov, ovela zaujímavejšie je experimentovanie s keramickými lopatkami vysokotlakých častí turbín a plamencov spalovacích komôr.

[QVAK]

Čo sa týka leteckých motorov, ovela zaujímavejšie je experimentovanie s keramickými lopatkami vysokotlakých častí turbín a plamencov spalovacích komôr.

Ty se již i zde vyrábějí jako momokrystaly (celá lopatka je jeden krystal) a dokonce i s vnitřním chlazením vzduchem již >30. let. Čecháčkové byli 3. na světě kteří to dokázali. Dodnes se zde vyrábí tuším ve Velešíně (hlavně pro Frantíky kteří to dodnes neumí a lopatky pro své motory nakupují). Waltrovka jimi osazovala turbíny svých motorů a i upravený prototyp turbokompresní jednotky na Tranzitní plynovod z ČKD Kompresory na bázi motoru NK 12 (o 1/3 větší lopatka). Nedovedu si představit náhradu této technologie 3D tiskem jež by v keramice po obrobení leiserem zanechalo obrovské povrchové i vnitřní pnutí. Přitom momokrystal má až 3x větší vnitřní pevnost (strukturální pevnost dílu = velikosti meziatomové soudržnosti v krystalu) než shodný druh keramiky (směs krystalů).

U keramických dílů se jedná o zvýšení účinnosti systému při vyšších teplotách a tím snížení měrné spotřeby paliva. U turbín se narazilo na hranici mechanických vlastností materiálů rotorů a statorů (resp. způsobu jejich chlazení) jež lopatky fixují, u spalovacích komor prozatím nedokážeme vyrobit tak velké monokrystaly s požadovanými mechanickými vlastnostmi.

Malá odbočka. V 80. a 90. letech jsme byli naprostá světová špička ve výrobě (ČKD Polovodiče) velkých monokrystalů do silnoproudé elektrotechniky (např. usměrňovače). Nikdo nedokázal vyrobit větší a shodnou velikost ve shodném čase.

[kenavf]

A nie je to aj dôvod(tie lopatky z monokryštálu) prečo číňani nedokážu vyrobiť kopiu ruských motorov s požadovanou životnosťou?

[QVAK]

A nie je to aj dôvod(tie lopatky z monokryštálu) prečo číňani nedokážu vyrobiť kopiu ruských motorov s požadovanou životnosťou?

S největší pravděpodobností.

[nine_mike]

QVAK: Počkaj ale ty myslíš keramické jadra lopatiek ktoré sa používajú ako súčasť technológie vnútorného chladenia, nie? Pri tejto technológii je ale keramika len na nábežnej hrane a čiastočne zaliata do materiálu lopatky, prípadne ako jedna zložka žiaruvzdornej povrchovej úpravy lopatky. Vnútorný materiál lopatky je ale stále nejaká kovová zliatina, zabezpečujúca mechanickú pružnosť/pevnosť. Či to zle chápem? Ja som písal o experimentoch s obežnými kolesami z lopatiek ktoré sú kompletne keramické t.j. vyrobené tak, že spĺňajú mechanické požiadavky a zároveň umožňujú zdvihnúť teplotu na vstupe do vysokotlakej turbíny o pár sto stupňov oproti klasickým lopatkám.

[QVAK]

QVAK: Počkaj ale ty myslíš keramické jadra lopatiek ktoré sa používajú ako súčasť technológie vnútorného chladenia, nie? Pri tejto technológii je ale keramika len na nábežnej hrane a čiastočne zaliata do materiálu lopatky, prípadne ako jedna zložka žiaruvzdornej povrchovej úpravy lopatky. Vnútorný materiál lopatky je ale stále nejaká kovová zliatina, zabezpečujúca mechanickú pružnosť/pevnosť. Či to zle chápem? Ja som písal o experimentoch s obežnými kolesami z lopatiek ktoré sú kompletne keramické t.j. vyrobené tak, že spĺňajú mechanické požiadavky a zároveň umožňujú zdvihnúť teplotu na vstupe do vysokotlakej turbíny o pár sto stupňov oproti klasickým lopatkám.

- Kompletně keramické lopatky jsou monokrystalické a dokonce i s vnitřní dutinou se středovým žebrem pro chlazení vzduchem.
- Celé oběžné kolo turbíny z keramiky je Sci-Fi. Najdi si na netu jeho výkres a pak to pochopíš. Kolo je neskutečně mechanicky namáháno jak odstředivými silami tak na zkrut a přenáší na svoji osu i výslednou sílu motoru. Stejně tak tepelně od obvodu ke středu. K tomu ke všemu musí dovést a odvést obrovské množství chladícího vzduchu do a z lopatek a tento vzduch někde nabrat a někam odevzdat.
- Užití keramiky na vnější ploše lopatek je technologie jejího plazmového nanášení na kovové jádro lopatky. Má funkci tepelného štítu. Dokáže zvýšit provozní teplotu lopatky o <200°C
- Poslední technologii kterou si do odpovědi (dotazu) zamotal je technologie vytavitelného modelu slévárenské formy. Zde se dozvíš více: http://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_ ... e_id=39058
Je to technologie přesného odlévání kovových lopatek do pískové formy (na čisto), letitý český patent. Žárupevná ocel ze které jsou vyrobeny se velmi obtížně třískově obrábí (natož po křivkách), chemické nepoužitelné a nepřesné, leiserové obrábění je nepřesné a povrchově ocel oduhličuje (změna mech. vlastností), elektrolytické zdlouhavé tak se lijí (s přesností včetně tvarové ±0,02 mm). Lití se provádí odstředivě to znamená, že na obvodu otáčejícího se stolu velkého průměru jsou upevněny formy, ocel se lije do středového otvoru a je k formám přiváděna předehřívanými dopravními kanálky. Odstředivá síla vytváří přetlak jež napomáhá přesnému a stejnoměrnému vyplnění formy (technologie vzdáleně podobná se stříkáním plastů nebo lehkých kovů).
- Žádná lopatka nemůže být vnitřně chlazena keramikou (keramické jádro) protože ta má o jeden i více (dle druhu) řádů nižší tepelný spád než ocel. Proto není schopná odvádět teplo z okolní ocele. Naopak ho postupně v oceli akumuluje (a tak by zvyšovala teplotu lopatky). Co ti připadalo jako keramika bylo nejspíše nevyjmuté jádro formy, upravený slévárenský písek.

[nine_mike]

No s tým celým obežným kolesom z keramiky som sa blbo vyjadril, myslel som len všetky lopatky keramické. Vychádzal som z tohto článku http://www.geaviation.com/press/militar ... 50210.html a preto sa mi zdá podivné, že by takáto technológia v Česku existovala už viac než 30 rokov. O 3D tlačení som vôbec nepísal, to je samozrejme nevhodné pre výrobu turbínových lopatiek.

[kenavf]

No s tým celým obežným kolesom z keramiky som sa blbo vyjadril, myslel som len všetky lopatky keramické. Vychádzal som z tohto článku http://www.geaviation.com/press/militar ... 50210.html a preto sa mi zdá podivné, že by takáto technológia v Česku existovala už viac než 30 rokov. O 3D tlačení som vôbec nepísal, to je samozrejme nevhodné pre výrobu turbínových lopatiek.

Neviem či som to správne pochopil,ale v tom odkaze porovnáva "ceramic matrix composite (CMC)" materiál s niklovými zliatinami.Niklové zliatiny považujem za "klasický" materiál používaný už desiatky rokov ale lopatky z monokryštálu(o ktorých sme sa tu bavili) je tretia technologia,ktorá je používaná v posledných cca 10 až 15rokov hlavne najmodernejších konštrukciách motorov(hlavne asi stíhačiek).

CMC materiál asi nie je monokryštál,ale compozit http://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_matrix_composite

[asija]

Přitom momokrystal má až 3x větší vnitřní pevnost (strukturální pevnost dílu = velikosti meziatomové soudržnosti v krystalu) než shodný druh keramiky (směs krystalů).

Tohle mne dost zajima, snazim se to uz po nekolikate najit nekde na internetu - Jaka je pevnost realnych makroskopickych kovovych monokrystalu ( o nichz vim ze se znich prakticky vyrabi lopatky turbin) konkretne v MPa / GPa ? ( Vim ze to asi dost zalezi na teplote ... ale co jsem nasel nebyly zas tak vysoke cisla ( treba zde http://link.springer.com/article/10.310 ... 8810040059 se pise neco okolo 350 MPa ... coz je mene nez vetsina beznych oceli :-( ale mozna jsem to spatne pochopil necetl jsem cely clanek )

Vim ze monokrystaly kovu nebo keramiky malych rozmeru ( treba iron whiskers Fe, nebo Al2O3 ) maji pevnost okolo 10-20 GPa (http://en.wikipedia.org/wiki/Monocrystalline_whisker). Tedy asi 10x tolik nez polykrystalicke makroskopicke vzorky stejneho materialu. Ale nikde jsem nenasel jaka je pevnost tech monokrystalu makroskopickych rozmeru, a bojim se ze tak vysoka nebude kvuli efektu poruch (ktere jsou i v kvalitnich monokrystalech). Mluvi se bezne o tzv. efektu "smaller is stronger" ( viz. treba zde http://nextbigfuture.com/2015/02/nanola ... rease.html )

[Alfik]

Ony, pokud vím, nemají vyšší pevnost. Mají, pokud vím, jen tu výhodu, že nemají nehomogenity takže "stárnou" pomaleji a méně jim hrozí nějaký ten únavový lom podél nějaké mikroskopické praskliny, na kterou se při kontrole po výrobě nemuselo přijít, a která se v provozu vlivem namáhání (tepelného i mechanického) zhoršuje.
Plus, jsou všechny +- stejné z hl. hustoty materiálu, takže se výsl. složení (lopatky a oběž. kolo - hřídel) snadněji lícuje a vyvažuje. Turbíny (i kompresory samozřejmě) musejí být vyvažovány jak staticky, tak i dynamicky. Čím vyšší otáčky, tím lépe. A zalícovány - mezi voštinovým těsněním skříně a rotujícími lopatkami musí být co nejmenší mezera, ideálně tak malá, aby ani molekula vzduchu neprolezla
Němci za WWII, když začali vyrábět motory ke Schwalbině, nahnali na zkoušení lopatek hudebníky - aby s nimi "ťukli" a podle zvuku rozeznávali jak nehomogenity a praskliny, tak i vyvážení (stejnou hmotnost), jelikož zjistili, že hudebníci s kvalitním hudebním sluchem rozeznají tyto vlastnosti lépe než tehdy používané "zvučící" metody.
Dnes ovšem kromě mnohem lepšího ultrazvuku máme i magnetometry, gravimetry, měření mikroodporu při průchodu el. proudem, rentgen...

[pzkudk]

Technologii tisku si dovedu představit docela dobře, samozřejmě ne pro celý motor (zatím ), ale pro jednotlivé díly ano. Třeba lopatky dmychadla dvouproudých motorů Rolls-Royce (obrázek těch lopatek viz http://www.rolls-royce.com/about/our-te ... /fans.aspx) jsou duté (voštinová struktura) a vyrábějí se extrémně složitou technologií hydroformování za tepla z polotovaru, který se vyrábí extrémně složitou technologií svařování z titanových plechů elektronovým paprskem ve vakuu Tohle je přímo ideální pole pro nějakou technologii 3D tisku (možná SLS, možná něco co ještě nebylo vynalezeno), kde by se v dohledné budoucnosti dala vybudovat "pravá" trojrozměrná voštinová struktura, s ještě lepším poměrem hmotnost/tuhost než je ta současná. Myslím, že můžeme čekat stejný typ náběhu jako u jiných technologií, jejichž start jsme měli tu čest přímo zažít (digitální fotografie apod.) -- nejdřív je to kuriozita, pak se tu a tam najde použití, kde s odřenýma ušima může konkurovat stávající technologii, pak se začnou nacházet jednotlivé případy, kdy je to lepší než stávající technologie, těch případů bude přibývat a nakonec se z toho stane standard a ze stávající technologie kuriozita :-)

[pzkudk]

Žádná lopatka nemůže být vnitřně chlazena keramikou (keramické jádro) protože ta má o jeden i více (dle druhu) řádů nižší tepelný spád než ocel. Proto není schopná odvádět teplo z okolní ocele. Naopak ho postupně v oceli akumuluje (a tak by zvyšovala teplotu lopatky). Co ti připadalo jako keramika bylo nejspíše nevyjmuté jádro formy, upravený slévárenský písek.

Dovoluji si vytrhnout z kontextu: keramika obecně může být použita pro odvod tepla, třeba některé beryliové keramiky (Thermalox) mají lepší tepelnou vodivost než hliník. Ale pro tenhle případ jsou nevhodné, takže to berte jen jako zajímavost :-) Používají se tam, kde je potřeba mít tepelně vodivý elektrický izolant.

[kopapaka]

SpaceX robí technikou 3D tlače z kovu nejaké diely pre motory Merlin, tuším diely turbočerpadla.

Na merlinu to byla "jen" vstřikovací hlava na okysličovadlo - zkoušela se už i za letu - poprvé šestého ledna 2014.



Ovšem u SuperDraco je to celá spalovací komora...

[IgorT]

Trochu od veci, ale zaujímavé! Oculus Rift spred 150 rokov: 3D poznal aj Napoleon.

V poslednej dobe sa veľa hovorí o hologramoch, 3D, virtuálnych headsetoch a podobných technológiách, ktoré nám dovoľujú vstúpiť do virtuálneho sveta. Myslíte si, že naši dedovia o niečom podobnom ani len nechyrovali? Chyba! 3D technológia je tu s nami už dobrých pár desaťročí. Princíp binokulárneho videnia objasnil v roku 1838 profesor kráľovskej akadémie v Londýne, Charles Weatstone. Zobrazovanie 3D obrazov bolo vtedy známe ako spektroskopia. Oproti monokulárnym ďalekohľadom a mikroskopom mali binokulárne čítačky dve zrkadlá, ktoré do očí usmerňovali obraz objektu nakresleného na papieri. Lepšiu predstavu získate z obrázku.



http://androidportal.zoznam.sk/2015/02/ ... -napoleon/

[IgorT]

V Amsterdame chcú vytlačiť 3D most cez kanál!

Robotické ramená dosiaľ použité pri tlači menších kovových konštrukcií.

AMSTERDAM. Holandská startupová firma plánuje v metropole Amsterdam postaviť využitím robotických tlačiarní prvý 3D most cez kanál. Informoval o tom v stredu spravodajský server Guardian.

Použitím robotických tlačiarní, ktoré "dokážu 'nakresliť' oceľové konštrukcie v 3D, vytlačíme v centre Amsterdamu (peší) most cez vodu," uvádza sa vo vyhlásení spoločnosti MX3D. Strojárenský startup tiež vo svojom komuniké uviedol, že plánovaný projekt by chcel odštartovať v septembri tohto roka.

http://www.sme.sk/c/7863567/v-amsterdam ... z3dJDVfLER