Reducción de peso en el motor TPE331-10 mediante Diseño para Fabricación Aditiva. El objetivo de este esfuerzo específico es eliminar al menos 1,5 libras del peso del conjunto mediante el uso de Diseño para Fabricación Aditiva para realizar la fusión de los componentes antes mencionados.
Capítulo 1: Introducción
Antecedentes
La industria aeroespacial ha comenzado a utilizar la fabricación aditiva o la impresión 3D para reducir el peso de las aeronaves y al mismo tiempo aumentar la personalización de los componentes y la eficiencia de la construcción (Koppula, 2018). Estas ambiciosas propuestas incluyen el uso de un método de producción no convencional: la fabricación aditiva o la impresión 3D.
Justificación
La realización de este proyecto permite aplicar los conocimientos adquiridos durante el Máster en Ingeniería e Innovación en la resolución de un problema real de la industria aeroespacial. El componente que se espera adquirir a través de este proyecto permitirá erradicar las principales no conformidades que se han producido en la producción del TPE331 en poco más de un año, evitando retrasos y ahorrando dinero.
Planteamiento del problema
El diseño actual está fabricado en Honeywell en la República Checa y consta de dos piezas fundidas y soldadas entre sí. El diseño actual está fabricado en chapa de Inconel 718 y proporciona soportes para 8 termopares de salida T5, así como una cavidad anular para un sensor de presión en la etapa 5 del motor (ciclo termodinámico) y diez orificios de 0.048 pulgadas que se conectan internamente para medir. dicha presión.
Preguntas de investigación
Problemática
Objetivo general
Objetivos específicos
¿Cuáles son los requisitos para que se imprima un prototipo del nuevo componente en el laboratorio de Honeywell Engines en Phoenix, AZ, EE. UU.? Cree un diseño imprimible en 3D en el laboratorio de fabricación aditiva de Honeywell Engines en Phoenix, AZ, EE. UU.
Hipótesis
Capítulo 2: Marco teórico y referencial
Marco teórico
La Figura 17 muestra la adición de material “capa por capa” a un modelo a escala de la Torre Eiffel. DfAM es un conjunto de métodos de diseño que pueden optimizar la fabricabilidad y funcionalidad de un producto gracias a las posibilidades de la fabricación aditiva. Como se muestra en la Figura 20, cuando el láser funde polvo en un área donde la capa anterior es metal sólido, el calor fluye desde la soldadura a la estructura subyacente, refundiéndola parcialmente y creando una soldadura fuerte.
La capacidad de la fabricación aditiva para producir formas complejas permite la optimización topológica de los componentes.
Marco Referencial
Asimismo, cambios en el diseño aerodinámico de las aeronaves, como el uso de winglets, que son dispositivos agregados en las puntas de las alas para aumentar la eficiencia aerodinámica y reducir la resistencia, lo que a su vez provoca el consumo de combustible (Koppula, 2018). Por último, hay cambios de diseño, como la reducción del peso total del avión y de sus motores, con el fin de reducir el consumo específico de combustible y aumentar la carga útil. Al producir 12 componentes mediante fabricación aditiva y sustituir 855 piezas producidas por métodos convencionales, consiguieron reducir el peso en un 5% y el consumo de combustible en un 1%.
Zelinski (2019) habla de un estudio de caso de la empresa Airbus, en el que se comparó una bisagra de acero producida por fundición con una pieza equivalente pero topológicamente optimizada producida por impresión 3D con titanio.
Capítulo 3: Metodología
- Procedimiento
- Planeación
- Cronograma
- Recursos
Además, se pretende determinar cuáles de las limitaciones de la fabricación aditiva afectan al diseño del nuevo componente propuesto. Es aquí donde se produce la modificación de la geometría diseñada para eliminar material y, por tanto, peso. El objetivo es realizar acciones de reducción de peso que no representen concentraciones de esfuerzos peligrosas, modificación de la geometría en contacto con el flujo de aire y/o necesidad de material de soporte que no pueda retirarse posteriormente, entre otros aspectos que se deben tener en cuenta. en 3D. impresión, por lo que es necesario consultar con los departamentos de Estructuras, M&PE y el Laboratorio de Fabricación Aditiva (AM Lab) sobre las acciones tomadas para reducir el peso.
En la Tabla 1 se puede ver un resumen de la planificación, con los entregables para cada fase de la metodología a seguir. limitaciones de operación, diseño y fabricación” 17.
Capítulo 4: Resultados
Fase 1: “Identificación y análisis de restricciones de operación, diseño y
De la tabla anterior es importante resaltar la importancia de conocer el peso de los componentes originales, ya que la suma de estos se comparará con el peso final de la pieza resultante de este proyecto. Para la tercera actividad de la fase, "Familiarización con las restricciones operativas", se realizaron entrevistas tanto al ingeniero de proyecto como a los ingenieros de fabricación que conocen las superficies y áreas críticas para el ensamblaje y el flujo aerodinámico. Como resultado de estas entrevistas, se determinó, con respecto al componente Boquilla de Escape, que las áreas resaltadas en la Figura 32 muestran aquellas que son críticas porque forman parte de la interfaz del componente con el resto del ensamble.
Se encontró que las áreas marcadas en las 3 barras transversales en la Figura 35 estaban idealmente orientadas hacia abajo, ya que son superficies de salida de aire.
Fase 2: “Diseño de geometría”
Vista en sección transversal de la preunión del soporte del cojinete de la turbina y la boquilla de escape. Para la tercera actividad de esta fase “Determinación de la orientación y reducción del material de soporte”, se utilizó la teoría DfAM para resolver posibles problemas de fabricación eligiendo la orientación óptima de impresión y modificando la geometría para reducir los soportes necesarios. La Figura 40 muestra el resultado de aplicar una viga debajo del ala superior para evitar el material de soporte.
La figura también muestra el resultado de la selección de la orientación óptima, donde se eligió requerir la menor cantidad de soportes posible.
Fase 3: “Reducción de peso”
Como resultado del análisis se encontró que el volumen del Anillo podría ser aún menor, permitiendo así eliminar una gran área de material que cubre el exterior de la cavidad (lo que eliminaría peso). Los resultados de la primera actividad fueron muy consistentes con la segunda actividad: "Aporte de Estructuras, Aero, MPE y AM Lab". El objetivo de esta segunda actividad fue obtener la aprobación de los departamentos de Estructuras, Aero, MPE y AM Lab para las acciones de reducción de peso propuestas en la primera actividad.
La consulta con los ingenieros de estos grupos permitió aprobar o rechazar acciones de reducción de peso.
Fase 4: “Iteraciones”
Gracias a estas acciones, se eliminaron 0,5 libras de peso, lo que elevó la clasificación del NX10 a aproximadamente 14 libras. 69 . mejorar las propiedades de la brida que estaría en contacto con la plancha de impresión. A los materiales y procesos se les asigna el posprocesamiento necesario que se mostrará en el plano de ingeniería de la pieza cuando comience el proceso de liberación. La adición de material en los bordes achaflanados y en la culata dio como resultado un aumento en el peso de salida con el software NX10, alcanzando casi 16 libras.
La caída de peso estimada fue de 9686 libras, lo que representa una reducción de 3,1 libras o aproximadamente el 24 % del peso original del conjunto de dos piezas (12 786 libras).
Fase 5: “Impresión de geometría propuesta”
La tercera actividad, “Acabado y Pesaje”, consistió, como su nombre indica, en el acabado de la pieza en el laboratorio de AM e ISC. Además de esto, el acabado nos permitió conseguir el acabado final necesario para que la pieza funcione correctamente. El resultado del posprocesamiento se puede observar en las figuras 52, 53 y 54, donde las secciones más claras corresponden a las áreas azules de las figuras 44 a 46, es decir, las áreas que fueron procesadas.
La Figura 55 muestra el nuevo componente después del acabado completo (mecanizado y tratamientos térmicos) y con el cableado instalado en los puertos del termopar.
Capítulo 5: Conclusiones, Discusión y Recomendaciones
Conclusiones
Después de esto continuamos creando la nueva propuesta de diseño, que resultó en la fusión de los componentes del soporte del cojinete de la turbina y la boquilla de escape. Para la tercera fase, “Reducción de Peso”, el objetivo era utilizar Diseño para Fabricación Aditiva para restar aún más peso del que se eliminó como resultado de la fusión entre los componentes en la Fase 2. Esta geometría 3D fue sometida a un postprocesamiento sometido y se ha creado el modelo 3D de la pieza final.
De las cuales destaca la fusión de un total de 12 piezas que formaban ambos componentes originales, en una sola pieza producida mediante impresión 3D.
Discusión
Además, es importante mencionar que los costos de fabricación aditiva tenderán a disminuir a medida que se disponga de múltiples sistemas láser (Simpson, 2018), lo que representaría en el futuro una oportunidad para evaluar el reemplazo definitivo del Soporte de Turbina y la Boquilla de Escape debido a Nuevo componente impreso. Finalmente, es importante mencionar la importancia de ampliar los esfuerzos para reducir el peso y optimizar otros motores a través de la fabricación aditiva, no sólo como reacción a las inconsistencias existentes, sino para buscar la mejora continua en diseños que actualmente no presentan problemas. La fabricación aditiva no sólo se ocupa del rendimiento de la pieza final, sino también de cómo se fabricará esa pieza.
Cuando el diseño es una parte integral del proceso de fabricación aditiva, el resultado es una impresión exitosa que puede posprocesarse de manera eficiente y realizará su función de manera satisfactoria.
Recomendaciones
Obtenido de https://retos-operaciones-logistica.eae.es/ceso-de-produccion-en-que-consiste-y-como-se-desarrolla/. Obtenido de http://www.nbcnews.com/id/25592648/ns/business-cnbc_tv/t/you-think-youre-try-save-gas/#.XBceW1VKipo. Obtenido de https://www.prnewswire.com/news-releases/aerospace-3d-printing-market-to-grow-at-5585-cagr-to-2020-.
Obtenido de https://awin.aviationweek.com/ArticlesStory/tabid/975/Status/IPAddress/id/f9a9ce 36-810f-46f1-b99b-d560f2ca4eda/Default.aspx.
STELIA Aerospace
Otra alternativa presentada es buscar la reducción de peso eliminando números de pieza en los ensambles y la reducción de material implementando geometrías complejas y espesores de pared más delgados. Su función es transferir cargas radiales a la estructura principal y transferir el flujo de gases de escape de la turbina a través del difusor. En la fabricación aditiva, la orientación de la pieza durante la fabricación se vuelve crítica, ya que la orientación correcta puede mejorar la calidad de la pieza, reducir los tiempos de producción y reducir el material de soporte requerido, lo que se traduce en menores costos de producción. (Jibin, Liu) y Wu 2006).
Esto hace que el calor de la fusión se retenga durante más tiempo, lo que puede provocar la sinterización del polvo circundante y, por lo tanto, que se adhiera material adicional al exceso de superficie y un acabado superficial deficiente en esa área (Renishaw, 2017). Al final de la fase se espera tener un componente terminado y se espera pesarlo para confirmar si se cumple con el peso predicho por el software NX. Estos elementos no se mostraban en el modelo 3D de la pieza original, pero deberían estar presentes en el nuevo modelo propuesto.
Los resultados de la primera actividad fueron muy consistentes con la segunda actividad: “Aporte de Estructuras, Aero, MPE y AM. Además, se sabía que las características de los componentes eran resultado de los métodos de fabricación convencionales que se utilizaron para fabricarlos, por ejemplo, la disposición del puerto para recibir presión de PS5, que utilizaba materiales innecesarios debido a la naturaleza de la forma en que se fabricaba. . se produce (Figura 38).