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3D Printing and 3D Systems printers 3D Printing and 3D Systems printers
Stampa 3D Metallo per GE Aircraft: meno 70% sul peso della staffa

Stampa 3D Metallo per GE Aircraft: meno 70% sul peso della staffa

maggio 16, 2016 in Casi studio

Ottimizzazione topologica e Stampa 3D Metallo si uniscono per realizzare una staffa per il motore GE Aircraft

 

Il nuovo progetto della Frustum Inc. Technology unito alle capacità del Direct Metal Printing di 3D Systems ha ridotto il peso della staffa per aeromobili del 70% andando incontro allo stesso tempo ai requisiti funzionali.

Il dilemma di come adattare il design di un componente ai limiti della della produzione è esistito sin dalla Rivoluzione Industriale. Le tecniche di produzione convenzionali hanno capacità limitate nella realizzazione di componenti con figure geometriche complesse o forme organiche naturali mantenendo dei costi vantaggiosi. Di conseguenza spesso vengono compromesse le funzionalità e le performance dei componenti.

Ora che la Stampa 3D, in particolare il Direct Metal Printing (la Stampa 3D Metallo), è diventata un effettiva opzione di produzione, sono spariti quasi del tutto i limiti imposti dalla produzione tradizionale. Di conseguenza, gli strumenti software per la Multi-disciplinary design optimization (settore che si occupa di risolvere i problemi di progettazione accorpando diverse discipline) si sono sviluppati sino a raggiungere un punto di convergenza: Il software di ottimizzazione della Topologia è ora in grado di generare i progetti più efficienti per la produzione one-step (a fase unica) nei sistemi DMP di ultima generazione.

 

Fondamentalmente ciò che modelli è ciò che produci.

 

 

Questa congiunzione di tecnologie si è presentata recentemente in un progetto intrapreso da la casa di software Frustum e dal servizio di parti on-demand di 3D Systems, Quickparts.
Il progetto era una sfida lanciata da GE Aircraft per ridurre il peso di una staffa per aeromobili mantenendo la forza necessaria a soddisfare tutti i requisiti funzionali, principalmente sostenere il peso della cappottatura mentre in motore è in funzione.

 


 

Il problema naturale del peso

 

Sin dagli inizi dei viaggi a motore su terra, aria o mare, gli ingegneri hanno lottato per bilanciare le esigenze di peso e forza. Trovare un compromesso è diventato più difficile negli ultimi anni con l’aumentata concorrenza nella produzione globale, misure più severe sul risparmio energetico e pressioni dovute all’aumento di costi e spedizioni.
Il peso è fondamentale nei velivoli moderni. Anche se un Boeing 737 pesa circa 65 tonnellate, ridurre il peso di una sola libbra può permettere alle compagnie aeree di risparmiare centinaia di migliaia di dollari all’anno. Estendendo questa cifra a tutte le compagnie aeree mondiali i risparmi raggiungono i 10 milioni di dollari secondo un rapporto di GE Aircraft.

 

Ottimizzare il design

Per l’iniziativa GE Aircraft, il software di Frustrum per l’ottimizzazione topologica ha fornito i primi mezzi per affrontare i problemi dovuti al rapporto peso/forza.
L’ottimizzazione della topologia permette un incontro efficiente tra il layout del materiale e performance richieste ad un componente.

Il progetto originale di GE

 

Il software di Frustum genera automaticamente geometrie ottimizzate dai file CAD esistenti. Crea materiale tra tra le forme disegnate per realizzare in maniera ottimale strutture forti e leggere. Superfici lisce e ben collegate riducono il peso e minimizzano la concentrazione delle sollecitazioni.

L’ottimizzazione Cloudmesh

 

“Basandosi su un classico progetto di un componente, il nostro software produce automaticamente geometrie ottimizzate per la produzione additiva, senza che ci sia bisogno di rimodellare” dice Jesse Blankenship, CEO di Frustum.

Il componente finale in DMP

 

Diversamente dalle parti prodotte con il tradizionale CNC o metodi di fusione, la complessità del modello generato dall’ottimizzazione topologica non deve preoccupare, poiché la Stampa 3D Metallo gestisce modelli estremamente complessi con la stessa facilità di quelli più semplici. La complessità non ha costo.

 


 

Fornitori di competenze sulla stampa 3D

 

Una volta che è stato creato il progetto di partenza, sono entrate in gioco le competenze di 3D Systems.
Il servizio di produzione on-demand di 3D Systems, Quickparts, è uno dei principali fornitori al mondo di componenti unici e customizzati. Offrendo preventivi istantanei online, mette a disposizione competenze nel 3D design e nella stampa nonché comprovati servizi di supporto alla produzione.

“Il Direct Metal Printing è molto più complicato dello stampaggio di materie plastiche”, afferma Jonathan Cornelus, business development manager di 3D Systems Quickparts. “Aiutiamo i nostri clienti a sviluppare componenti adatti alla DMP, con minimi rischi di di distorsione o crash nella produzione. Stampiamo componenti utilizzando parametri ottimizzati basati sulla nostra lunga esperienza nella stampa di parti per i clienti.”

 

Produrre componenti migliori

 

Per quanto riguarda la staffa realizzata per il GE Aircraft, il software di Frustrum ha realizzato un’ottimizzazione topologica del file CAD di partenza in un passaggio, ed ha creato un file STL. 3D Systems ha fornito istruzioni durante il processo di produzione, specifiche sul materiale, la migliore orientazione di costruzione allo scopo di generare un componente ottimo, ha calcolato le tolleranze e identificato i potenziali rischi di deformazione. La staffa è stata realizzata con la ProX DMP 320.

La ProX DMP 320, uscita nel gennaio 2016, ha offerto numerosi vantaggi per quanto riguarda l’ottimizzazione del rapporto peso – forza. I parametri di costruzione presettati da 3D Systems, che sono stati creati sulla base di quasi mezzo milione di creazioni, permettono una qualità di stampa prevedibile e ripetibile per quasi ogni genere di forma.

 

Un’architettura completamente nuova semplifica il set-up e permette di produrre componenti di tutte le forme in titanio, acciaio inossidabile, o nickel super alloy. Il titanio è stato scelto per la realizzazione della staffa per il motore GE Aircraft, per la sua maggiore resistenza anche quando il materiale è utilizzato in parti sottili per alleggerire il componente.

I moduli di costruzione intercambiabili del sistema ProX DMP 320 riducono i tempi morti necessari ai cambi di materiale e la camera di costruzione sotto vuoto assicura che ogni parte abbia caratteristiche di purezza e densità certificate. La piccola parte di materiale non stampato può essere riutilizzata risparmiando denaro e salvaguardando l’ambiente.

 

 

Creazioni con la Stampa 3D Metallo della ProX 320

 


 

Una rivelazione

 

Il componente ultimato, progettato da Frustrum e realizzato da 3D Systems, ha soddisfatto tutti i requisiti richiesti, specificati nel concorso GE challange ed ha occupato lo stesso volume riducendo il peso di un incredibile 70%.

“Questo tipo di progetto dovrebbe aprire gli occhi alle compagnie automobilistiche ed aerospaziali, dato che ridurre il peso mantenendo o migliorando la funzionalità è la linfa vitale dei loro studi che riguardano design, ingegneria e produzione”, afferma Cornelus. Dietro al design e alla performance del componente in sé, Cornelus sottolinea che l’ottimizzazione topologia unita alle potenzialità della DMP consente la realizzazione di componenti complessi in singola parte senza la necessità utilizzare viti e connettori che ne possono provocare la rottura localizzata.

In conclusione, c’è il desiderato risparmio di tempo. La produzione avanzata di componenti in materiali rigidi come l’acciaio inossidabile, il titanio e il nickel super alloy può essere gestita da 3D Systems in due settimane stando al passo con i ritmi frenetici delle industrie.

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