IMPACT INNOVATIONS E AEL DIMOSTRANO LE CAMERE DI COMBUSTIONE STAMPATE IN 3D A
Impact Innovations , leader tedesco nei sistemi di produzione additiva a spruzzo a freddo industriale (CSAM), ha collaborato con il progettista di sistemi di propulsione con sede nel Regno Unito Airborne Engineering (AEL) per dimostrare il concetto di produzione di componenti del sistema di propulsione tramite la tecnologia CSAM.
I partner hanno lavorato insieme per progettare un dimostratore della camera di combustione per testare un collettore di ingresso dimostrativo stampato in 3D – la parte di un motore che fornisce carburante ai cilindri – e dimostrare i vantaggi del processo CSAM rispetto ad altre tecniche di produzione additiva.
CSAM è un processo di deposizione di materiale che prevede l’accelerazione di particelle solide di polvere utilizzando un getto di gas supersonico. Le particelle vengono sparate attraverso un ugello su un substrato a quattro volte la velocità del suono, per cui si comportano come un liquido e si raffreddano, formando un legame atomico con il substrato.
Il processo differisce dai processi di stampa 3D basati su laser, fascio di elettroni e arco di filo in quanto non richiede alte temperature. Ciò significa che non è necessaria un’atmosfera protettiva durante il processo di stampa, eliminando l’impatto delle sollecitazioni termiche residue sulla parte stampata.
Nel dicembre dello scorso anno, Impact Innovations ha sviluppato un nuovo processo CSAM appositamente per la lega di titanio Ti-6Al-4V che utilizza il gas azoto come propellente. La lega era stata precedentemente difficile da stampare tramite deposizione spray a freddo a causa delle sue elevate velocità critiche che alla fine portano a un’elevata porosità nelle parti stampate, tuttavia il nuovo metodo dell’azienda ha ottenuto parti Ti-6Al-4V con livelli di porosità inferiori allo 0,2 percento.
Impact Innovations non è solo nel suo sviluppo della tecnologia CSAM, con altre varianti del processo che sono state sviluppate da artisti del calibro di GE per riparare un cambio sul suo motore GE90 e SPEE3D , che ha commercializzato la sua tecnologia a spruzzo freddo sotto forma di Stampante 3D LightSPEE3D . La tecnologia di SPEE3D da allora è stata utilizzata dall’esercito australiano per vari test sul campo e viene anche impiegata per fabbricare motori a razzo stampati in 3D in metallo a basso costo .
Negli ultimi anni, sono stati esplorati anche processi di stampa 3D a spruzzo freddo per la fabbricazione di magneti ad alte prestazioni per motori elettrici, e ci sono state molteplici iniziative per promuovere la ricerca e l’adozione di CSAM e sviluppare nuovi materiali per la tecnologia.
Una camera di combustione a grandezza naturale è attualmente in produzione tramite il processo CSAM presso lo stabilimento di Impact Innovation. Immagine tramite Impact Innovations.
Dimostrazione CSAM per la produzione di camere di combustione
Negli ultimi anni una crescente attenzione si è concentrata sullo sviluppo di processi di produzione additiva rapidi ea basso costo per la produzione di motori a razzo commerciali. Per questa applicazione, in particolare, sono state esplorate le tecnologie di fusione a letto di polvere (PBF), data la sua libertà progettuale e la sua prevalenza sul mercato.
Tuttavia, come sottolinea Impact Innovations, la stampa 3D PBF deve affrontare sfide per quanto riguarda la produzione della camera di combustione, vale a dire involucri di costruzione limitati e lavorazione di metalli e leghe, oltre all’elevata rugosità superficiale, in particolare nelle pareti interne del canale di raffreddamento, che può ridurre efficienza di raffreddamento all’interno del componente.
Impact Innovations sta cercando di affrontare queste limitazioni con la sua tecnologia CSAM e si è rivolta ad AEL per provare il processo di produzione dei componenti della camera di combustione. Con la guida di Impact Innovations, AEL ha progettato un dimostratore della camera di combustione adatto per testare un collettore di ingresso stampato in CSAM composto da un rivestimento rigenerativo realizzato in una lega di Cu ad alta resistenza e un rivestimento esterno in Inconel.
I partner hanno fabbricato un campione demo del componente del collettore di ingresso tramite CSAM, che affermano dimostri l’idoneità del processo per la produzione di camere di combustione con notevoli vantaggi rispetto ad altre tecnologie di stampa 3D.
Le proprietà meccaniche del collettore di aspirazione, così come depositato, dopo trattamento termico a temperatura ambiente e ad elevata temperatura (427 °C). Immagine tramite Impact Innovations.
Vantaggi CSAM rispetto ad altre tecnologie AM
Secondo Impact Innovations e AEL, un vantaggio del processo CSAM rispetto ad altre tecnologie di produzione additiva è che non è richiesta atmosfera protettiva durante il processo di stampa. CSAM fornisce anche una semplice tecnica di giunzione di materiali e leghe dissimili, con parti aggiuntive che possono essere unite senza saldature.
Il processo fornisce anche uno stress termico trascurabile alle parti, annullando il problema della rugosità superficiale nei canali di raffreddamento di un componente. Inoltre, la polvere è necessaria solo per depositare il materiale, a differenza dei processi PBF in cui è necessario riempire l’intero volume di costruzione.
Il campione dimostrativo dei canali di raffreddamento del collettore di un motore a combustione è stato prodotto per determinare le proprietà meccaniche della lega di Cu e Inconel della parte. Il processo CSAM ha avuto un tasso di deposizione di 10 kg all’ora per la lega di Cu e 6,7 kg all’ora per Inconel, che secondo quanto riferito è più di 20 volte più veloce dei processi di stampa 3D PBF comparativi.
Nello spray-lab di Impact Innovation, il tornio a spruzzo dell’azienda consente la produzione di componenti fino a 1,5 metri di diametro e due metri di lunghezza con un peso massimo di 1.500 kg. Una camera di combustione a grandezza naturale è attualmente in produzione tramite il processo CSAM presso lo stabilimento dell’azienda e sarà presto sottoposta a test antincendio presso il sito di AEL.
