OLA

Case Study: Monolithische Centrifugale Turbine Impeller

316L RVS | SLM | Vliegtuigmotor / Gasturbine Impeller met 3D-gemerkte Bladen

Metaal 3D-printen Toepassing

1. Achtergrond

Een leverancier van vliegtuigonderdelen ontwikkelde een hoge-snelheid centrifugale turbine voor een kleine turbojet demonstrator. Het traditionele gelaste impeller-design leed aan scheuren aan de bladpunten bij de lasnaaden en had beperkte efficiëntie omdat het bladprofiel beperkt was door de lasbeugel. Een volledig monolithische impeller met geoptimaliseerde bladgeometrie en direct 3D-gemerkte identificatie was nodig om zowel de duurzaamheids- als de traceerbaarheidseisen van het demonstratieprogramma te voldoen.

2. De Uitdaging

Ontwerpvereisten omvatten:

· 60+ radiale bladen met volledige aerodynamische profiel, 100% monolithisch — geen gelaste bladwortels

· Geoptimaliseerde 3D bladverdraaiing voor >88% rendement

· Materiaalklasse en serienummer direct 3D-geprint in de hubzijde (geen kleeflabel, geen lasermarkering die kan worden verwijderd)

· G2.5 dynamische balans bij volledige operationele snelheid (24.000 rpm)

· 316L roestvrij staal voor hoge-temperatuur oxidatiebestendigheid en NDT-compatibiliteit

3. De Oplossing

De impeller is herontworpen als één enkel monolithisch onderdeel met CFD-geoptimaliseerde radiale bladen en een hubzijde vooraf gemerkt met de materiaalklasse en unieke serienummer, vervolgens vervaardigd door Selectieve Laser Smelten (SLM) in 316L roestvrij staal.De hoek van de rugzijde van de bladen, de straal van de voorrand en de omslaghoeken van de uitlaat zijn afgesteld met CFD, en de hub is topologie-geoptimaliseerd voor stijfheid-ten-opzichte-van-gewicht. De 3D-gemarkeerde tekst op de hub werd als verhoogde karakters afgedrukt in dezelfde build, waardoor enige nabewerkingsproces voor markering werd geëlimineerd. Na het printen werd het onderdeel afgeschaafd aan de asbuis, dynamisch gebalanceerd tot G2.5, en volledig-snelheid getest.

 

Figuur 1: Met SLM-geprint 316L turbine-impeller — vooraanzicht met 60+ radiale bladen en 3D-gemarkeerde materiaalklasse op de hub

 

Figuur 2: Dezelfde impeller van achteren — monolithische hub, geen gelaste bladwortels, klaar voor nabewerking van de asbuis

4. Het Resultaat

· 88% rendement van de stage — +8 punten t.o.v. de traditionele gelaste constructie

· 25% gewichtsreductie — via topologie-geoptimaliseerde hub

· Monolithische constructie — geen gelaste bladwortels, geen vermoeidheidsmodus

· Ingebouwde traceerbaarheid — materiaalklasse + serienummer 3D-geprint in dezelfde build

· G2.5-balans bij 24.000 rpm — klaar voor directe motorinstallatie

· Levertijd: 4 weken — van CAD naar gebalanceerde, geteste impeller

“We kregen een monolithische impeller met ingebouwde traceerbaarheid en een efficiëntieverbetering van 8 punten.De 3D-geprinte tekst is onderdeel van het onderdeel — het kan niet afbreken of weggeschuurd worden.”

 

Materiaal: 316L RVS  |  Proces: SLM / Metaal 3D-printen  |  Toepassing: Centrifugale Turbine Impeller