この3D

テクニオン - イスラエル工科大学と PTC によって開発された 3D プリントされたマイクロタービン エンジン ... [+] ソフトウェアは、内部構造を示す断面図で見られます。

産業用 3D プリンティングの仕組みで最初は理解しにくいのが、他の部品の中に部品を構築できる機能です。 金属 3D プリンターは、オブジェクトを一度に 1 髪の毛ほどの薄さの水平レイヤーで作成します。 そこで、チェーンのようなアイテムを 3D プリントすることを想像してください。 それはすでに完全に実線の円でリンクされて構築されています。 対照的に、従来の製造では、個々のリンクを最初に真っ直ぐにし、次に曲げて、一度に 1 つずつ結合します。これは時間がかかり、より多くの労力を要し、各リンクに弱点があります。 これは、海軍の船の錨を保持するチェーンと同じ、ジュエリーの古くからの製造原理です。

すでにつながったチェーンのような物体を製造できる 3D プリントの能力は、これまでの物の製造方法を破壊しつつあります。 従来の製造の制限に制約されず、エンジニアに新しい設計の自由を提供します。

この点を明確にするために、ソフトウェア会社 PTC は、先月マサチューセッツ州ボストンで開催された自社製品発表イベントで、チェーンリンクよりもはるかに複雑な 3D プリント部品を使用して、完全に 3D プリントされた一体型ジェット エンジンを展示しました。

Iconel で 3D プリントされたこの 8 ポンドのマイクロタービン エンジンは、内部 ...[+] 構造を明らかにするために切り開かれた状態で示されており、より経済的な UAV の未来となる可能性があります。

完全に組み立てられたエンジンアセンブリ

マイクロタービン エンジンの重量は約 8 ポンドで、すべての回転部品と固定部品を含む単一のコンポーネントとして一度に 3D プリントされます。 外側から見ると頑丈に見えますが、内部には重量を最小限に抑えるための格子構造と、空気と燃料の流れを可能にするチャネルがあります。 対照的に、一般的なマイクロタービンには、個別に機械加工されて組み立てられる 33 個以上の部品が含まれています。

PTC の最高技術責任者である Steve Dertien 氏は、「このエンジンが機能するためにハウジング以外に必要なコンポーネントは実際にはありません」と述べています。 「ベアリングからシール、冷却まで、その他すべてが設計されています。」

PTC は、この付加的に印刷されたエンジンは他のマイクロタービン エンジンと同様に起動すると述べていますが、実際にはこの方法でテストされていません。 非営利研究プロジェクトであるため、PTC はこの特定のエンジンを販売する予定はありませんが、軽量で中型の UAV などの用途向けに、コンパクトなタービンをより手頃な価格で提供したいと考えている企業は後を絶ちません。

「今日、マイクロタービンエンジンは多くの高価な部品の複雑な組み立てプロセスを必要とし、顧客はサプライチェーンへの依存、限られた入手可能性、そして製造業者が組み立てを完了するために適切な従業員の専門知識を維持するという問題に直接直面することになる」とPTCは製品発表時に述べた。

モノリシックな 3D プリントのマイクロタービン エンジンは、コストを大幅に削減し、生産をスピードアップし、従来の製造エンジンでは不可能だった新たな効率を導入することができます。

積層造形とも呼ばれる 3D プリンティングでは、部品の成形や機械加工に必要な工具は必要ありません。 弱点を引き起こす可能性のある部品の溶接や接合が不要になります。 また、コンポーネントを他の場所から輸送したり、熟練した労働者を常駐させたりする必要がないため、オンデマンドでオンサイトで製造できる可能性もあります。

「エンジンが 1 つのユニットだけであれば、製造も交換も安価です。交換部品について考える必要はありません。壊れたら新しいものを印刷すればよいのです。」と Dertien 氏は言います。

このエンジンは、材料としてインコネルを使用し、EOS (その M300 モデル) の金属レーザー粉末床融合 3D プリンターで印刷するのに 13 時間かかりました。 インコネルは非常に強力で耐熱性のある金属であり、機械加工が非常に難しいため、従来の製造ではタービン エンジンの排気部品にしか使用されないことがよくあります。

この特定のマイクロタービン エンジンは、可能性を実証する象徴的な部品となることを意図している、とダーティエン氏は言います。 「ウーバーの目標は、並外れたものでありながらもアクセスしやすいものを実現することでした。」

もちろん、PTC は金属添加剤のメーカーではありません。 ソフトウェアを作るのです。

このエンジン プロジェクトは、テクニオン - イスラエル工科大学の研究者とのパートナーシップで行われました。 もし彼らが実用的なジェットエンジン（動作のための性能要件とコンポーネントの複雑さを考慮すると、最も複雑な機械の一つ）を開発し、3Dプリントできれば、エンジニアが高度な技術を使ってこの種のエンジンの製造をどのように再考できるかを実証することになるだろう。積層造形を理解するソフトウェア。

「加算プリント エンジンは、CAD (コンピュータ支援設計) ソフトウェアに加算エンジニアリング ツールを導入してきた過去 5 ～ 6 年間の集大成です」と Dertien 氏は言います。 「これは積層造形で可能なことの最先端を表しており、これらの機能のいくつかはほんの数年前には考えられなかったものです。」

Creo は、積層造形でのみ可能となる種類の設計や部品の機能を組み込むためのツールを備えた PTC の設計およびエンジニアリング ソフトウェア プラットフォームの名前です。 しかし、これらのツールは、日々の業務でソフトウェアを使用しているエンジニアにとっては謎であることがよくあります。

PTC のエンジニアリング ソフトウェア Creo には、この格子設計ツールのような機能が含まれており、... [+] エンジニアが積層造形用の軽量部品を構築できるようになります。

金属積層造形はまだ数十年しか経っていないため、エンジニアは学校で学んでいない可能性があり、加えて多くのことが変化したとデルティエン氏は指摘します。 Creo のようなエンジニアリング ソフトウェアは、予想される圧力を満たすためにタービンが必要とする壁の厚さを計算でき、内壁に理想的な格子構造を生成でき、部品が 3D プリントされることを考慮できるため、アイデアを提供できる可能性があります。部品の統合に。

エンジニアリング設計ソフトウェアは、多くの点で積層造形において時代の先を行ってきました。 積層造形専用の部品を設計する機能はここにありますが、ロケット エンジン、医療用インプラント、Czinger などのコンセプト プロジェクトを除けば、その応用は少し遅れています。21C ハイパーカー。

Creo は、Autodesk の Fusion 360、Siemens NX、nTop、Dassault Systèmes の CATIA などの CAD およびエンジニアリング ソフトウェア プログラムの一種であり、積層造形を可能にする設計ツールを提供することで、積層造形の導入を促進することを目指しています。

PTC は、エンジニアが「加算的に考え」、そのテクノロジーの特性をエンジン、衛星、自動車、その他無数の複雑なアセンブリに適用することを望んでいます。

Creo やその他の同様のソフトウェア プラットフォームには、現在、サイズと重量の制約に基づいて製品の設計を最適化する複雑なアルゴリズムが組み込まれています。 製品は、どのように構築する必要があるかという制約ではなく、何を達成する必要があるかの仕様から始めることができます。 3D プリント用の部品を設計するためのプロセスとツールの集合は、DfAM (積層造形向け設計) と呼ばれます。

ジェット エンジン アセンブリの設計に関しては、PTC の技術担当副社長でテクニオンの上級研究員であるロネン ベン ホーリン博士と、テクニオンの航空宇宙准教授であるベニ ククレルが率いる PTC エンジニアは、Creo を使用して設計だけでなく、エンジンの性能をシミュレーションします。 このプロジェクトには約 2 年かかり、現在も進行中です。 Dertien 氏によると、マイクロタービンの次のバージョンでは、製造がさらに合理化されるでしょう。

カリフォルニアに拠点を置く Sierra Turbines を含む他のメーカーも、DfAM ソフトウェア ツールによって実現されるモノリシック 3D プリントの経済的で効率的なマイクロタービンを追求しています。

これまでの製造方法に制約されない、より優れたエンジン、機械、ロボット工学を求める競争が、積層造形の採用を推進し続けています。