Guides

Sierra Turbines imprime en 3D des microturbines 40% plus efficaces

Alors que certains dans le monde de la fabrication tardent à adopter l’impression 3D métal, Roger Smith n’en fait pas partie. En tant que PDG de Sierra Turbines, il prévoit de réorganiser complètement l’industrie des microturbines en les imprimant.

Les microturbines sont des composants incroyablement complexes constitués de dizaines de pièces qui sont fabriquées par une variété de moyens, donc l’impression de toutes ces pièces est toute une entreprise.

Bien qu’elles soient présentes dans un certain nombre d’applications, les microturbines se trouvent le plus souvent dans les moteurs électriques des véhicules aériens sans pilote (UAV). Les unités d’alimentation auxiliaires (APU) des générateurs de secours en dépendent également. Ils sont plus qu’un peu complexes, avec des treillis, des profils aérodynamiques minces et de nombreuses pièces en interaction. La combinaison de ces caractéristiques délicates avec les températures élevées qu’elles doivent supporter est ce qui conduit à la durée de vie terriblement courte des microturbines; le temps entre les révisions pour ces petits moteurs est en moyenne d’environ 50 heures. L’un des objectifs de Smith est d’augmenter considérablement cette durée de vie jusqu’à 1 000 heures.

Si nous, en tant que pays, devons recommencer à fabriquer des produits aux États-Unis, nous devons développer de meilleures façons de concevoir et de fabriquer des produits. Cela inclut moins de dépendance vis-à-vis des outils, dont la plupart ont été déplacés vers la Chine, mais aussi une adoption de l’industrie 4.0 et d’autres technologies de changement. L’impression 3D métal est l’un de ces facteurs de changement. C’est beaucoup moins coûteux que la fabrication traditionnelle et présente des opportunités infinies pour la consolidation des pièces, l’allègement, une plus grande efficacité du produit… la liste est longue. Roger Smith, PDG de Sierra Turbines

Coupe transversale d'une chambre de combustion de moteur Sierra Turbines

L’équipe de Smith avait déjà repensé le noyau du moteur, le regroupant de 61 pièces différentes à une seule. Il a contacté plusieurs entreprises spécialisées dans l’impression 3D métal dans le but d’imprimer le nouveau design. Chacun a échoué d’une manière différente. Soit ils ne pouvaient pas imprimer des éléments suffisamment petits pour la fonctionnalité, soit des supports étaient nécessaires mais ne pouvaient pas être retirés des cavités internes, ou les surfaces étaient trop rugueuses et inaccessibles pour être usinées lisses. Autrement dit, jusqu’à ce qu’ils contactent VELO3D. «Il était évident pour moi dès le début que la plate-forme VELO3D offre une approche différente de la fusion laser sur lit de poudre (LPBF). Pour commencer, leur lame de recouvrement sans contact est particulièrement bien adaptée à l’impression de sections à parois minces. Dans certaines régions, nos murs ont moins d’un millimètre d’épaisseur, et ceux-ci avaient tendance à se rompre sur d’autres imprimantes 3D », a déclaré Smith.

A lire  Post-traitement des pièces imprimées 3D (FDM)

L’équipe de VELO3D a travaillé avec Sierra Turbines pour optimiser le logiciel de conception générative de nTopology de conception, en faisant varier la taille et l’épaisseur du treillis pour maximiser les performances du moteur. Ensuite, ils ont utilisé l’imprimante Sapphire pour l’imprimer en Hastelloy X, un métal à haute résistance et à faible fluage qui est largement utilisé dans l’aviation. Un tel superalliage est nécessaire pour répondre aux exigences de Smith en matière d’efficacité énergétique, car «plus vous montez dans une turbine à gaz, meilleures sont les performances.

La technologie de VELO3D ne nécessite pas de matériau de support comme la plupart des imprimantes 3D métalliques, et c’était essentiel pour imprimer cette géométrie spécifique qui comporte de nombreuses cavités internes. Le prototype est vraiment quelque chose à admirer car il réduit le poids de moitié et augmente la densité de puissance de 200 wattheures par kg à 2000, soit une multiplication par dix. Et il n’a fallu que 50 heures pour imprimer, contre des mois incalculables pour le composant traditionnel. Il est impossible de quantifier toutes les économies réalisées grâce à cela, mais elles sont importantes. Smith est heureux de ne pas avoir à se procurer toutes ces pièces auprès de différents fournisseurs et de les assembler avec des joints qui échoueront inévitablement. Il prévoit d’imprimer 95% de leurs microturbines et, à terme, il a l’intention de faire évoluer la technologie jusqu’aux turbines à gaz de taille normale trouvées dans les avions de ligne. «VELO3D pense que vous pouvez utiliser un additif pour une production à grande échelle, et moi aussi. Pour le développement futur des turbines à gaz, nous visons à tirer parti de la puissance de la fabrication additive pour intégrer des fonctionnalités telles qu’un récupérateur améliorant l’efficacité, des capteurs imprimés, et plus de nouvelles géométries d’isolation et de refroidissement. »

A lire  Est-il possible d'imprimer des aimants en 3D?
Tags
Bouton retour en haut de la page
Fermer