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Dieser Artikel wurde veröffentlicht in Maschinendesign und wurde hier mit Genehmigung veröffentlicht.

Durch die additive Fertigung (AM), von der Automobilindustrie über den Motorsport bis hin zur Luft- und Raumfahrt, konnte die Fluiddynamik über das hinausgehen, was mit herkömmlichen Fertigungsverfahren erreicht werden konnte. Mit AM können Ingenieure optimierte Konstruktionen erstellen und Fluidströmungssysteme erstellen, die sich durch Leistung, Effizienz und Zuverlässigkeit auszeichnen.

In einem nächsten Maschinendesign Webcast 21. Januar Antonio Pellegrino, Projektmanager des LHCb-Experiments am CERN, und Thomas Verelst, Anwendungsingenieur für 3D-Systeme, werden diskutieren, wie AM Fortschritte in der Fertigung und darüber hinaus ermöglicht. Aufzeichnung ist unter diesem Link verfügbar.

CERN ist die in der Schweiz ansässige europäische Organisation, die den Large Hadron Collider (LHC) betreibt, den größten Partikelcollider der Welt. CERN hat sich mit der Applications Innovation Group von 3D Systems zusammengetan, um Titan-Kühlstangen für LHC-Experimente neu zu entwerfen und herzustellen. AM ermöglichte es den Partnern, verschiedene Herausforderungen im Zusammenhang mit Teilen zu bewältigen, mit denen der Erfassungsbereich für gekühlt wird -40 ° C. um die Reaktionen der zu untersuchenden Partikel zu erhalten.

Die größte Herausforderung war der Platz: Die Kühlstangen mussten auf engstem Raum Platz finden und trotzdem genügend Wärme abführen. Sie sollten eine gleichmäßige Temperatur entlang der Länge eines Fotodetektionsstreifens erreichen, der 140 Meter lang und weniger als 2 mm breit ist. Unter Beachtung der Ebenheitsspezifikationen für Detektoreffizienz und Auflösung.

Basierend auf diesen Anforderungen haben die Partner das perfekte Teiledesign entwickelt. “Dieses Design war so schön, aber es war nicht auf die übliche Weise erreichbar”, sagte Pellegrino.

Das von CERN und 3D Systems entwickelte System stellte mehr als 300 Einheiten Titan-Kühlstangen her, die die erforderlichen Spezifikationen erfüllten. Die vollständige Fallstudie und Spezifikationen finden Sie hier Hier.

In Industriesegmenten im Umlauf

Die Vorteile von AM in Fluidströmungssystemen gehen weit über das CERN hinaus. Mögliche Anwendungen sind Wärmetauscher, integrierte Kühlung, Antriebssysteme und Einspritzdüsen. Die additive Fertigung kann dank optimierter Geometrien die Herstellung leichterer Strukturen ermöglichen. Dies ist besonders wichtig bei Anwendungen wie Antriebssystemen und Einspritzdüsen, bei denen Übergewicht die Betriebskosten erhöhen kann.

So konnte das Deutsche Weltraumzentrum (DLR) in Zusammenarbeit mit dem Kundeninnovationszentrum 3D Systems 30 Komponenten zu einem Stück bündeln, was das Endgewicht reduzierte. 10% Münze. Das konsolidierte Design beseitigte auch Fehlerstellen des ursprünglichen Systems, wodurch die Systemleistung verbessert wurde. Der 3D-gedruckte Kraftstoffinjektor enthielt auch einige Merkmale, wie z. B. Druck- und Temperatursensorkanäle, die zu einer überlegenen Kühl- und Verbrennungsleistung führten.

„Aufgrund des Erfolgs der Weltrauminitiativen mit DMP waren wir der Ansicht, dass 3D Systems ideal geeignet ist, um die Designaspekte für die Herstellung des Injektorkopfs bereitzustellen, mit Blick auf neue Möglichkeiten für die Sensorintegration und Verteilung von Kraftstoff und Kühlmittel “, sagte Markus Kuhn, Leiter des Injektorkopfprojekts am DLR.

Besser fließen

AM kann auch die Effizienz von Fluidströmungsanwendungen verbessern, indem die Fluiddynamik verbessert wird. Die meisten herkömmlichen Herstellungsverfahren bevorzugen Konstruktionen mit scharfen Winkeln, die kann Flüssigkeit abfangen, die durch interne Kanäle in stehenden Bereichen fließt. Dies verursacht einen Druckabfall und verringert den Wirkungsgrad. Design for AM kann diese störenden Konstruktionsmerkmale beseitigen und interne Kanäle erstellen, die für die Fluiddynamik optimiert sind. Diese Vorteile sind bei Fluidkollektoren in Halbleitermaschinen und Mikrofluidikgeräten, die in Forschungslabors verwendet werden, deutlicher zu erkennen.

Fluidströmungssysteme können mit absichtlichen Turbulenzen entworfen werden, um eine maximale Kühlung zu erreichen. Beispielsweise können in Wärmetauschern die eingebauten Turbulenzen die Wärmeübertragung erhöhen, was in Kühlgeräten, bei der Stromerzeugung und in vielen anderen Anwendungen nützlich sein kann. Mit AM können Ingenieure und Spezialisten für Fluidströmungen Konstruktionen auf Fluiddynamik anstatt auf Fertigungsbeschränkungen basieren.

Die additive Fertigung verbessert die Fluidströmungsanwendungen, indem sie eine bessere Herstellbarkeit durch Teilekonsolidierung, eine höhere Effizienz durch ein geringeres Gewicht und eine geringere Mischeffizienz sowie eine bessere Raumnutzung bietet. Dies gilt für praktisch alle Bereiche der Fluiddynamik, unabhängig davon, ob Sie metallische Kühlstäbe für den LHC, einen Kraftstoffinjektor oder ein Mikrofluidikgerät aus Kunststoff mit winzigen Kanälen in 3D drucken.

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