Thay thế đầu phun động cơ tên lửa của DLR bằng phương pháp in 3D Kim loại của hãng 3D Systems

Bằng cách chọn phương pháp in 3D Kim loại (DMP) đầu kim phun đồng trục, DLR đã tìm cách tận dụng một số lợi ích chính của việc công nghệ in 3D, bao gồm:
Giảm số lượng bộ phận với thiết kế nguyên khối cũng như Tích hợp các tính năng chính như kênh làm mát để có hiệu suất tốt hơn cho hệ thống đẩy tổng thể.
Markus Kuhn và Ilja Müller quản lý dự án đầu kim phun tại DLR cho biết họ đã nghiên cứu rất kỹ danh sách các hãng công nghệ in kim loại trên Thế giới và quyết định lựa chọn hãng 3D Systems (Mỹ) làm đối tác dựa trên những thành công của hãng trong việc cung cấp các giải pháp in 3D kim loại cho các ứng dụng hàng không vũ trụ
“Dựa trên sự thành công của các sáng kiến dành cho không gian vũ trụ. Chúng tôi thấy công nghệ in 3D của hãng 3D Systems (Mỹ) hoàn toàn phù hợp để cung cấp các giải pháp cho sản xuất của đầu kim phun, đem lại các khả năng mới về tích hợp cảm biến và phân phối nhiên liệu cũng như chất làm mát,” Kuhn nói.

 Kim phun của tên lửa là bộ phận để đẩy nhiên liệu và chất oxy hóa đi vào buồng đốt. Hệ thống này nếu được tối ưu sẽ nâng cao hiệu suất và kiểm soát tốt được quá trình đốt cháy cần thiết để di chuyển tên lửa.
PHÂN TÍCH GIẢI PHÁP THAY THẾ SẢN XUẤT TRUYỀN THỐNG BẰNG GIẢI PHÁP IN 3D KIM LOẠI ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐẦU KIM PHUN ĐỘNG CƠ TÊN LỬA:
Tối ưu hóa hiệu suất của sản phẩm thông qua các thiết kế mới để phân phối nhiên liệu và chất làm mát;Dễ dàng thực hiện các kênh cảm biến nhiệt độ và áp suất 3D;
Loại bỏ các bước sản xuất và lắp ráp trung gian;Tối ưu hóa độc lập hiệu suất nhiệt, khối lượng và thủy lực mà không bị hạn chế bởi các phương pháp chế tạo truyền thống;
Tránh các điểm lỗi lắp ráp và nâng cao chất lượng với thiết kế nguyên khối;
Giảm các bước gia công để tạo ra một kim phun tích hợp cao và đa chức năng.
Bằng cách sử dụng in 3D kim loại, DLR đã có thể thay đổi mạnh mẽ phương pháp thiết kế của kim phun đồng trục và giảm tối đa số lượng các bộ phận, góp phần giảm đáng kể thời gian và chi phí sản xuất.
Việc giảm số lượng từ 30 bộ phận xuống còn 01 bộ phận đã góp phần giảm 10% trọng lượng. Việc loại bỏ các bộ phận thường xuyên hư hỏng đồng nghĩa với việc giảm bớt các biện pháp kiểm soát chất lượng. Từ đó giúp cải thiện hiệu suất của toàn hệ thống.

 Phần mềm:  3DXpert ™ (3DXpert là một phần “mềm tất cả trong một”)Máy in 3D Kim loại (DMP): ProX DMP 320
Vật liệu in: LaserForm ® Ni718 (A) một hợp kim Inconel chống oxy hóa và ăn mòn.
LaserForm Ni718 (A) có độ bền kéo, mỏi, rão và đứt gãy ở nhiệt độ lên đến 700°C, và do đó lý tưởng cho các ứng dụng nhiệt độ cao.
Processing sau in: Được xử lý bằng nhiệt để loại bỏ hoàn toàn support với thiết bị phóng điện (EDM).

Với các lựa chọn vật liệu Kim loại có sẵn của 3D Systems, DLR đã tăng tốc trong việc thử nghiệm các thiết kế bỏ qua phương pháp làm khuôn truyền thống.
Khả năng này rất quan trọng đối với chu trình thiết kế của DLR, vì nó phải đối mặt với vấn đề “Thời gian”. Vì vậy, chỉ sau vài tuần họ đã dẫn đầu cho thiết kế giai đoạn một và tiến vào giai đoạn thử nghiệm một cách thần tốc.
Kuhn và Müller cho biết: “Sự kết hợp của ProX DMP 320 và kiến ​​thức 3D Systems về thiết kế cho in 3D Kim loại đã giúp chúng tôi có thể thử nghiệm nhiều tùy chọn thiết kế hơn trong thời gian ngắn hơn nhiều”, Kuhn và Müller nói.
In 3D kim loại cho phép DLR áp dụng kỹ thuật phun đồng trục với phần tử kim phun xoáy kép để tối ưu hóa sự hòa trộn chất oxy hóa – nhiên liệu của đầu kim phun.
Hai giải pháp làm mát khác nhau đã được thực hiện, mỗi giải pháp sử dụng các kênh nhỏ với kích thước tính năng tối thiểu là 0,2 mm và tỷ lệ chiều dài / đường kính tối đa là 45.
Thiết kế cũng tích hợp tính năng tạo màng trong đầu kim phun, cho phép các kỹ sư điều chỉnh tốc độ dòng chảy của màng trực tiếp tại kim phun.