3D打印將復雜的設計理念變?yōu)楝F實(shí)

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(lái)源：KW Micro Power

設計與設備成就復雜零件

無(wú)論是用來(lái)發(fā)(fā)電，還是驅動(dòng)工業(yè)(yè)級無(wú)人機，或者是用于混合動(dòng)力發(fā)(fā)動(dòng)機的小飛機上，微型燃氣輪機以更小的體積，更強大的動(dòng)力，更實(shí)惠的價(jià)格，正在改變能源供給的格局。微型燃氣輪發(fā)(fā)電機大小與微波爐相當，可以產(chǎn)生超過(guò)其重量十倍的最大推力。KW Micro Power通過(guò) Velo3D的幾乎無(wú)需支撐設計的金屬粉末床3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)(fā)微型燃氣輪機，計劃2020年年初商業(yè)(yè)化。

KW Micro Power微渦輪核心零部件-“宇宙飛船”。來(lái)源：KW Micro Power

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

KW Micro Power微渦輪核心零部件-“宇宙飛船”。來(lái)源：KW Micro Power

在制造“宇宙飛船”這個(gè)核心零件的過(guò)程中，Velo 3D的設備發(fā)(fā)揮了作用。制造的挑戰(zhàn)是微型燃氣輪機的內部通道。大多數增材制造技術(shù)，特別是基于粉末床的金屬3D打印技術(shù)，需要一系列類(lèi)似腳手架的支撐設計，以防止工件在制造過(guò)程中下垂和翹曲。雖然昂貴且耗時(shí)，但是在構建后加工或磨削這些支撐已經(jīng)成為行業(yè)(yè)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(jìn)一步帶來(lái)了靈活性。

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

Velo3D打印機的SupportFree技術(shù)可以在沒(méi)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(wú)法實(shí)現的特征（一般低于45度就需要加支撐）。Velo3D的另一個(gè)差異化是使用變化的激光功率，大多數3D打印設備在整個(gè)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(gè)層中的零件特定部分。結果帶來(lái)較少的應力，更高的零件精度和更快的構建時(shí)間。

KW Micro Power_VELO-2

左側是定子環(huán)(huán)的橫截面。紅色區(qū)域表示3D打印過(guò)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(guò)預打印校正實(shí)現更準確的部件。

Velo3D的Flow軟件簡(jiǎn)化了打印準備工作，軟件可以準確模擬整個(gè)構建過(guò)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(lái)了設計迭代效率的提升。

總結：

3D打印的價(jià)值在于賦能制造業(yè)(yè)附加值創(chuàng )(chuàng)造，3D打印附加值創(chuàng )(chuàng)造的能量正在獲得驗證。將3D打印技術(shù)用于微型燃氣輪機的開(kāi)發(fā)(fā)，在市場(chǎng)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(dòng)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(fā)(fā)動(dòng)機噴嘴

3D打印噴嘴安裝在賽峰集團設計的eAPU60微型渦輪發(fā)(fā)動(dòng)機上，以滿(mǎn)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(fā)(fā)動(dòng)機的電力起動(dòng)（在地面或者空中停車(chē)狀態(tài)(tài)）和座艙加熱。e-APU60的典型特征包括：更優(yōu)(yōu)的功率重量比，出色的緊湊性，流線(xiàn)型結構和基于創(chuàng )(chuàng)新科技的高壓力循環(huán)(huán)，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(fā)(fā)動(dòng)機的案例再一次告訴我們，3D打印的優(yōu)(yōu)勢在于生產(chǎn)那些傳統(tǒng)加工方式難以加工出來(lái)的產(chǎn)品，從改變產(chǎn)品設計的源頭創(chuàng )(chuàng)造制造業(yè)(yè)附加值。