Tesi fornisce una prova di concetto per l’utilizzo della stampa 3D per migliorare la progettazione della valvola di sfogo della pressione interna
Nel corso degli anni, la stampa 3D ha dimostrato di essere una tecnologia piuttosto maneggevole da avere nella propria cassetta degli attrezzi quando si tratta di fare parti di ricambio e meccaniche , come pompe ad acqua manuali , trasmissioni , ingranaggi e valvole . Per la sua tesi di laurea magistrale quest’anno, intitolata ” Analisi e validazione della valvola di scarico stampata in 3D ” , John Anthony Dutcher, III, studente del Dipartimento di Tecnologia dell’Università del Nord dello Iowa , ha utilizzato la stampa 3D SLA per fabbricare prototipi di interni valvola limitatrice di pressione di una pompa volumetrica.
Gli stati astratti “Additive Manufacturing” consentono uno sviluppo del prodotto più rapido e più economico, compresa la personalizzazione, la stampa al punto di utilizzo e il basso costo per volume prodotto. Questa ricerca utilizza la stereolitografia per produrre prototipi per sviluppare un miglioramento di un prodotto esistente, la valvola di sfogo della pressione interna di una pompa volumetrica. Quattro prototipi di prototipi stampati in 3D sono stati sviluppati e testati in questa ricerca. I gruppi valvola di sfogo consistevano nella produzione additiva prodotta componenti di recipienti a pressione, post lavorati e installati sulla pompa volumetrica senza ulteriori lavorazioni. I prototipi di prototipi sono stati analizzati con la simulazione fluidodinamica computazionale per aumentare il flusso attraverso la valvola. La simulazione è stata convalidata con test delle prestazioni per ridurre il cracking all’intervallo di pressione di bypass completo della valvola. Riducendo questo range operativo della valvola, il fabbisogno di potenza del sistema di azionamento della pompa potrebbe essere ridotto consentendo una maggiore efficienza energetica nei sistemi di azionamento delle pompe. I test delle prestazioni delle valvole di scarico stampate in 3D misuravano il flusso della pompa, il movimento dell’otturatore all’interno della valvola e la pressione di scarico in condizioni operative simili a quelle esistenti. I prototipi di prototipi di stereolitografia hanno funzionato molto bene, dimostrando una riduzione del 56% della differenza di pressione tra il cracking e lo stadio di bypass completo della valvola. Questa ricerca ha dimostrato la capacità a breve termine dei componenti prodotti fabbricati additivi per sostituire i componenti metallici esistenti nelle applicazioni dei recipienti a pressione. ” il fabbisogno di potenza del sistema di azionamento della pompa potrebbe essere ridotto consentendo una maggiore efficienza energetica nei sistemi di azionamento delle pompe. I test delle prestazioni delle valvole di scarico stampate in 3D misuravano il flusso della pompa, il movimento dell’otturatore all’interno della valvola e la pressione di scarico in condizioni operative simili a quelle esistenti. I prototipi di prototipi di stereolitografia hanno funzionato molto bene, dimostrando una riduzione del 56% della differenza di pressione tra il cracking e lo stadio di bypass completo della valvola. Questa ricerca ha dimostrato la capacità a breve termine dei componenti prodotti fabbricati additivi per sostituire i componenti metallici esistenti nelle applicazioni dei recipienti a pressione. ” il fabbisogno di potenza del sistema di azionamento della pompa potrebbe essere ridotto consentendo una maggiore efficienza energetica nei sistemi di azionamento delle pompe. I test delle prestazioni delle valvole di scarico stampate in 3D misuravano il flusso della pompa, il movimento dell’otturatore all’interno della valvola e la pressione di scarico in condizioni operative simili a quelle esistenti. I prototipi di prototipi di stereolitografia hanno funzionato molto bene, dimostrando una riduzione del 56% della differenza di pressione tra il cracking e lo stadio di bypass completo della valvola. Questa ricerca ha dimostrato la capacità a breve termine dei componenti prodotti fabbricati additivi per sostituire i componenti metallici esistenti nelle applicazioni dei recipienti a pressione. ” e scaricare la pressione a condizioni operative simili a quelle esistenti. I prototipi di prototipi di stereolitografia hanno funzionato molto bene, dimostrando una riduzione del 56% della differenza di pressione tra il cracking e lo stadio di bypass completo della valvola. Questa ricerca ha dimostrato la capacità a breve termine dei componenti prodotti fabbricati additivi per sostituire i componenti metallici esistenti nelle applicazioni dei recipienti a pressione. ” e scaricare la pressione a condizioni operative simili a quelle esistenti. I prototipi di prototipi di stereolitografia hanno funzionato molto bene, dimostrando una riduzione del 56% della differenza di pressione tra il cracking e lo stadio di bypass completo della valvola. Questa ricerca ha dimostrato la capacità a breve termine dei componenti prodotti fabbricati additivi per sostituire i componenti metallici esistenti nelle applicazioni dei recipienti a pressione. ”
L’ingranaggio trovato all’interno di pompe volumetriche, sviluppato oltre un secolo fa, era in grado di superare i limiti prestazionali esistenti, ma non era affatto perfetto. Queste pompe necessitano di una valvola di sfogo interna, che fornisce protezione contro troppa pressione; se c’è una riduzione del flusso di scarico, il sistema di sovrappressione potrebbe fallire.
“L’obiettivo principale di questa ricerca è quello di studiare le prestazioni di una valvola di sfogo interna per una pompa volumetrica, proporre un miglioramento delle condizioni di flusso nella fessura alla gamma di pressione di bypass completa della valvola basata sulla simulazione del flusso e convalidare il miglioramento della prestazione con Prototipi stampati in 3D “, ha scritto Dutcher.
Nel corso degli anni, il design della valvola di sfogo interna in queste pompe a cilindrata positiva non è cambiato molto. Ma utilizzando la simulazione al computer, il design può essere rivisto e ottimizzato per rendere la parte più efficiente. Come ha scritto nel suo studio, la ricerca di Dutcher convalida i prototipi stampati in 3D, utilizzando la simulazione di computazione fluidodinamica e i test di perfrmance, “nello sviluppo del design di un miglioramento di un prodotto esistente”, e mostra anche che i costi e il tempo possono essere ridotti da usando la stampa 3D per fabbricare la valvola.
“La produzione additiva ha il vantaggio della personalizzazione, consentendo modifiche al design”, ha scritto Dutcher.
“Lo sviluppo di componenti di utilizzo finale personalizzabili che possono essere fabbricati nel punto di utilizzo, consente di produrre prodotti specifici per applicazioni per le applicazioni dei recipienti a pressione.”
I prototipi di valvole, stampati in 3D usando la tecnologia SLA, hanno dimostrato di ridurre la quantità di fessurazioni al fine di bypassare completamente la pressione differenziale dello stadio necessaria per azionare la valvola di sicurezza interna. La stampa 3D FDM è stata utilizzata per realizzare staffe di montaggio per collegare un sensore LVDT ai prototipi delle valvole; questo sensore misura il movimento del fungo (dispositivo interno nella valvola di sfogo che sigilla la sua superficie) durante il test.
Nella sua tesi, Dutcher voleva determinare se la stampa 3D potesse essere utilizzata con successo per produrre componenti di una valvola di prova per la pompa volumetrica, se la geometria della valvola fosse stata ottimizzata per ridurre la fessurazione in base alle condizioni di flusso e se la stampa 3D le valvole prototipo si comporterebbero allo stesso livello di quelle esistenti con i metodi convenzionali di produzione. Alla fine, mentre rispondeva a queste domande e dimostrava che la stampa 3D ha effettivamente applicazioni nello sviluppo di nuovi prodotti, la sua ricerca ha fornito una valida dimostrazione del concetto per migliorare il design esistente di un prodotto.
“I prototipi stampati in 3D sono stati sviluppati per ridurre costi e tempi di consegna per i test sui prototipi”, ha scritto Dutcher.
“La flessibilità delle permutazioni progettuali che la produzione additiva consente con la personalizzazione offre l’opportunità di convalidare più progetti di prodotti in parallelo.”
Valvola di riferimento assemblata estesa
Utilizzando la stampa 3D per creare i prototipi, Dutcher è stato in grado di sviluppare diversi concetti di design allo stesso tempo, senza farsi prendere dalle normali barriere che derivano dai metodi di produzione tradizionali. La stampa 3D SLA consente inoltre di produrre parti con “le tolleranze dimensionali dei componenti lavorati”, che aiutano a velocizzare lo sviluppo dei prototipi.
“Questa ricerca ha dimostrato la capacità della stampante 3D SLA di riprodurre componenti metallici lavorati esistenti”, ha concluso Dutcher. “Sebbene i test di prestazione prolungati non fossero l’intento di questa ricerca, i componenti della valvola a pressione stampata in 3D si sono comportati molto bene nei test delle prestazioni. Lo sviluppo delle variazioni progettuali in maniere tempestive non sarebbe stato possibile senza la produzione additiva. I test hanno mostrato un miglioramento delle prestazioni della valvola riducendo il cracking alla pressione di bypass completa da 52,0 psi a 22,8 psi. Il test prestazionale riuscito per migliorare un prodotto esistente ha dimostrato la validità dei prototipi di prototipi stampati SLA 3D. ”
