OLA

ケーススタディ：一体型遠心タービンインペラー

316Lステンレス鋼 | SLM | 3Dマーク付きブレードを備えた航空エンジン/ガスタービンインペラー

金属3Dプリンティング応用

1. 背景

航空エンジン部品サプライヤーが、小型ターボジェットデモンストレーター用の高速遠心タービンステージを開発していました。従来の溶接インペラ設計は、溶接箇所でブレード先端の割れが発生し、溶接治具によってブレードプロファイルが制約されるため効率が限られていました。デモンストレーター計画の耐久性とトレーサビリティの要件を両立させるため、最適化されたブレード形状と直接3Dマークされた識別情報を備えた完全な一体型インペラが必要でした。

2. 課題

設計要件には以下が含まれていました：

· 60以上の放射状ブレードを完全な空力プロファイルで、100%一体型 — 溶接されたブレードルートなし

· 88%以上の段効率を実現するための最適化された3Dブレードねじれ

· 材料グレードとシリアル番号をハブ面に直接3Dプリント（接着ラベル、剥がれる可能性のあるレーザーマークなし）

· 全作動速度（24,000 rpm）でのG2.5動的バランス

· 高温酸化耐性とNDT互換性のための316Lステンレス鋼

3. 解決策

インペラはCFDで最適化された放射状ブレードと、材料グレードとユニークなシリアル番号が予めマークされたハブ面を持つ単一の一体部品として再設計され、その後316Lステンレス鋼で選択的レーザー溶融（SLM）によって製造されました。ブレードの後退角、前縁半径、出口巻き角度はCFDで最適化され、ハブは剛性対重量比でトポロジー最適化されています。ハブ面の3Dマークテキストは同じ製造プロセスで凸文字として印刷され、印刷後のマーキング工程は不要です。印刷後、部品はシャフトボアで仕上加工され、G2.5の動的バランスが取られ、全速で走行試験が実施されました。

 

図1：SLM印刷された316Lタービンインペラー — ハブ面に60以上の放射状ブレードと3Dマークされた材質グレードを表示した正面図

 

図2：同じインペラーの背面 — 一体型ハブ、溶接されたブレードルートなし、シャフトボアの仕上加工準備完了

4. 結果

· 88%の段効率 — 従来の溶接設計比+8ポイント

· 25%の重量削減 — トポロジー最適化ハブによる

· 一体構造 — 溶接されたブレードルートなし、疲労破壊モードなし

· 内蔵トレーサビリティ — 材質グレード+シリアル番号を同じ製造プロセスで3D印刷

· 24,000 rpmでG2.5バランス — エンジンへの直接取り付け準備完了

· リードタイム：4週間 — CADからバランス調整済み、走行試験済みインペラーまで

“内蔵トレーサビリティと8ポイントの効率向上を備えた一体型インペラーを手に入れました。”3D印刷されたテキストは部品の一部です — 剥がれたり、削り取られたりすることはできません。

 

素材: 316Lステンレススチール  |  プロセス: SLM / メタル3D印刷  |  用途: 遠心タービンインペラー