3D打印將復雜的設計理念變為現實：3D打印微型燃氣輪機

魔猴君  行業資訊   1971天前

3D打印將復雜的設計理念變為現實

KW Micro Power團隊成員在他們的微型燃氣輪機燃燒室試驗臺前。來源：KW Micro Power

設計與設備成就復雜零件

無論是用來發電，還是驅動工業級無人機，或者是用于混合動力發動機的小飛機上，微型燃氣輪機以更小的體積，更強大的動力，更實惠的價格，正在改變能源供給的格局。微型燃氣輪發電機大小與微波爐相當，可以產生超過其重量十倍的最大推力。KW Micro Power通過 Velo3D的幾乎無需支撐設計的金屬粉末床3D打印技術開發微型燃氣輪機，計劃2020年年初商業化。

KW Micro Power微渦輪核心零部件-“宇宙飛船”。來源：KW Micro Power

KW Micro Power將其微型燃氣輪機的一個核心零部件設計稱為“宇宙飛船”，該組件是一個直徑約25.4厘米，高10厘米的鈦盤，其內部包含一個復雜的迷宮結構，這個迷宮結構比傳統技術制造的系統更能有效地引導廢氣，是KW Micro Power渦輪機技術的核心。

KW Micro Power微渦輪核心零部件-“宇宙飛船”。來源：KW Micro Power

在制造“宇宙飛船”這個核心零件的過程中，Velo 3D的設備發揮了作用。制造的挑戰是微型燃氣輪機的內部通道。大多數增材制造技術，特別是基于粉末床的金屬3D打印技術，需要一系列類似腳手架的支撐設計，以防止工件在制造過程中下垂和翹曲。雖然昂貴且耗時，但是在構建后加工或磨削這些支撐已經成為行業慣例。Velo 3D的設備則大量減少這些支撐部分的設計，這給復雜零件的設計進一步帶來了靈活性。

Velo3D在3D打印過程中如何消除對支撐（紅色部分）的需求。來源：Velo 3D

Velo3D打印機的SupportFree技術可以在沒有支撐的情況下3D打印近水平的表面設計，這是目前大多數基于粉末床的金屬3D打印機無法實現的特征（一般低于45度就需要加支撐）。Velo3D的另一個差異化是使用變化的激光功率，大多數3D打印設備在整個零件層中使用相同的激光功率，Velo3D可以將20多種方案應用于每個層中的零件特定部分。結果帶來較少的應力，更高的零件精度和更快的構建時間。

KW Micro Power_VELO-2

左側是定子環的橫截面。紅色區域表示3D打印過程中的變形。右邊的部分顯示了Velo3D的Flow軟件如何預測和消除這種變形，通過預打印校正實現更準確的部件。

Velo3D的Flow軟件簡化了打印準備工作，軟件可以準確模擬整個構建過程，并分析顯示和糾正潛在的變形。這對于Ti-6Al-4V鈦合金材料的微型渦輪機組件帶來了設計迭代效率的提升。

總結：

3D打印的價值在于賦能制造業附加值創造，3D打印附加值創造的能量正在獲得驗證。將3D打印技術用于微型燃氣輪機的開發，在市場上已有先行者。賽峰3D打印鎳基合金X材料制成的噴嘴是Leonardo AW189型直升機的輔助動力裝置(APU)的核心部件之一，已被歐洲航空安全局(EASA)認證。

3D打印微型渦輪發動機噴嘴

3D打印噴嘴安裝在賽峰集團設計的eAPU60微型渦輪發動機上，以滿足推重比高和結構緊湊的需求。e-APU60能夠提供60kWe功率，能夠保證發動機的電力起動（在地面或者空中停車狀態）和座艙加熱。e-APU60的典型特征包括：更優的功率重量比，出色的緊湊性，流線型結構和基于創新科技的高壓力循環，高可靠性保證，低使用費用和出色的性能。

3D打印微型渦輪發動機的案例再一次告訴我們，3D打印的優勢在于生產那些傳統加工方式難以加工出來的產品，從改變產品設計的源頭創造制造業附加值。