Il PARC di Xerox utilizzerà la simulazione AlphaSTAR per la stampa 3D di parti di turbomacchine
Il Palo Alto Research Center (PARC) con sede in California , una società sussidiaria di ricerca e sviluppo di proprietà di Xerox , ha selezionato la tecnologia AlphaSTAR per creare un approccio di produzione additiva virtuale (AM) che farà risparmiare tempo e materiali per le parti stampate in 3D delle applicazioni delle turbomacchine. La soluzione di simulazione AM di AlphaSTAR GENOA 3DP sarà utilizzata come parte di uno dei progetti del programma DIFFERENTIATE dell’Agenzia per i progetti di ricerca avanzata (ARPA-E) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) .
Il programma DIFFERENTIATE , abbreviazione di Design Intelligence for Formidable Energy Reduction Engendering Numerus Totally Impactful Advanced Technology Enhancements , cerca di rafforzare il ritmo dell’innovazione energetica incorporando l’intelligenza artificiale (AI) e l’apprendimento automatico negli sviluppi della tecnologia energetica. Da quando è stato lanciato nel 2019, il programma è riuscito a raccogliere fino a 20 milioni di dollari di finanziamenti e ha incorporato 22 progetti, guidato dalle migliori università, organizzazioni e aziende statunitensi di ricerca. Un progetto, in particolare, si è concentrato sullo sviluppo di strumenti di ottimizzazione del design per l’AM basato sulla fusione a letto di polvere laser di componenti di turbomacchine, utilizzati principalmente nella generazione di energia elettrica, aeromobili e propulsione veicolare.
Intitolato Design of Integrated Multi-physics, Producible Additive Components for Turbomachinery , il progetto di ricerca , iniziato a maggio 2020 e che ha ricevuto 1,3 milioni di dollari, riunisce il partner principale General Electric (GE) insieme a PARC e Oak Ridge National Laboratory (ORNL ). L’obiettivo è ridurre i tempi per la progettazione e la convalida dei componenti stampati in 3D fino al 65%. Il raggiungimento di tali velocità senza precedenti lo renderebbe più veloce di alcuni processi di produzione tradizionali, aprendo la strada alla proliferazione molto più ampia di AM per rivoluzionare la progettazione dei prodotti delle turbomacchine.
PARC vuole trasformare la produzione con la prossima generazione di strumenti di progettazione assistita da computer. Immagine per gentile concessione di PARC
Integrando gli ultimi progressi nell’ottimizzazione della topologia multifisica con valutazioni di producibilità basate sull’apprendimento automatico veloce e AI, il team spera di “battere la linea temporale per alcuni processi di produzione tradizionali automatizzando l’intero processo”. Ciò dovrebbe in definitiva consentire l’uso diffuso e i vantaggi della stampa 3D, riducendo il tempo necessario per creare e convalidare progetti di componenti 3D privi di difetti.
La metodologia integrata sarà utilizzata per dimostrare miglioramenti simultanei nella producibilità e nell’efficienza termodinamica di un componente di turbomacchina multifisico. Secondo la descrizione del progetto, una migliore efficienza delle turbomacchine è un vantaggio competitivo per l’industria statunitense e contribuirà a garantire la sicurezza energetica della nazione. Si prevede che gli strumenti di ottimizzazione della progettazione dettagliata multifisica e consapevoli della producibilità proposti contribuiranno a far progredire l’uso dell’AM negli Stati Uniti
La nuova collaborazione di PARC e AlphaSTAR mirerà a creare un approccio di produzione additiva virtuale che farà risparmiare tempo e materiali. La tecnologia di simulazione predittiva di AlphaSTAR può aiutare a mappare le temperature attraverso lo spessore delle parti, calcolando le sollecitazioni residue, la deformazione, le deformazioni e la curvatura. Mentre il software di ottimizzazione della topologia di PARC ottimizza il layout dei materiali. La combinazione dei due consente agli ingegneri PARC di modificare rapidamente i modelli virtuali per migliorare e rendere le parti stampate più leggere, il che è fondamentale per creare nuove opportunità per le future applicazioni delle strutture delle turbomacchine, specialmente nel settore aerospaziale.
“Una delle maggiori sfide nella progettazione per la produzione di additivi metallici è garantire che la parte possa essere fabbricata in modo affidabile ed economico”, ha affermato Saigopal Nelaturi, Direttore della ricerca presso PARC. “GENOA 3DP può aiutare a prevedere e pianificare i fattori che influenzano il processo di fabbricazione, come le sollecitazioni residue, che contribuiranno a migliorare il processo di progettazione per le parti delle turbomacchine. Siamo molto entusiasti di collaborare con il team AlphaSTAR per risolvere i problemi del mondo reale nella progettazione per la produzione additiva “.
Progettato come strumento di simulazione di convalida dei test, GENOA 3DP di AlphaSTAR è in grado di valutare e prevedere il restringimento, la deformazione e lo stress residuo comuni alla fabbricazione AM. In definitiva, il risultato è una parte AM ottimizzata, oltre a ridurre gli sprechi e i tempi di test. La piattaforma può simulare il materiale AM e i parametri di processo e valutare la sensibilità di tali parametri per trovare una soluzione di build AM ottimizzata. Mentre GENOA 3DP è stato originariamente sviluppato pensando alle termoplastiche, lo strumento di simulazione è stato ora aggiornato per aggiungere funzionalità di simulazione AM del metallo.
AlphaSTAR ha utilizzato la piattaforma insieme a partner di ricerca e utenti finali commerciali per migliorare i progetti AM nuovi ed esistenti. Recentemente, GENOA3DP è stato utilizzato in uno studio incentrato sull’applicazione della tecnologia AM per fabbricare un prototipo di ala, ha riferito Design News .
“C’è un’eccellente sinergia nella visione di entrambe le società di essere sulla punta della lancia quando si tratta di soluzioni innovative”, ha suggerito Rashid Miraj, Direttore delle operazioni tecniche di AlphaSTAR. “Siamo lieti di lavorare con PARC e i loro partner su questo nuovo programma che affronta le esigenze industriali del mondo reale in relazione a Metal AM”.
Una volta terminato, il programma culminerà nella dimostrazione di un design multifunzionale ad alte prestazioni e privo di difetti, in grado di resistere alle alte temperature e alle sollecitazioni con prestazioni migliorate rispetto alla fusione convenzionale. Secondo Saigopal Nelaturi, manager dell’area Computation for Automation in Systems Engineering nel System Sciences Lab del PARC, la combinazione di AI basata su modello e data-driven per accelerare la progettazione generativa è un’innovazione chiave che ridurrà drasticamente il tempo per sintetizzare e fabbricare parti di qualità. Inoltre, l’incorporazione della tecnologia di simulazione AM di AlphaSTAR può aiutare ad accelerare il tempo dalla stampa 3D alla convalida, eliminando uno dei maggiori ostacoli all’adozione più diffusa della tecnologia AM.
