3D 인쇄 Tesla 터빈 설계 — 2부

소개

이것은 Markforged 부품으로 가공된 Tesla 터빈의 개장을 자세히 설명하는 2부로 구성된 시리즈의 두 번째 기사입니다. 첫 번째 기사에서 Tesla Turbines를 소개하고 어떤 부품이 3D 프린팅에 적합한지 논의하고 터빈 하우징을 Markforged 부품으로 교체했습니다. 이제 터빈 개조의 다른 인쇄된 구성요소인 베어링 하우징을 살펴보겠습니다.

Tesla 터빈 베어링 하우징

터빈 하우징이 샤프트 어셈블리를 둘러싸고 있는 동안에는 샤프트 어셈블리에 닿지 않습니다. 대신 베어링 하우징이라고 하는 중간 부품이 터빈 하우징에 볼트로 고정되고 완전히 동심원인 두 개의 베어링으로 ​​샤프트 어셈블리를 고정합니다. 베어링 하우징 측면의 로터를 캔틸레버하여 원래 설계자는 원래 부품을 회전하는 기계공이 베어링 구멍의 동심도를 쉽게 확인할 수 있도록 했습니다. 이것은 매우 중요합니다. 24,000rpm에서 터빈 로터의 정렬 불량은 치명적인 고장으로 이어질 수 있습니다. 알루미늄 하우징(원래 가공된 대로)에서 이러한 각 베어링 맞춤의 허용 오차는 +0/-.0004”였습니다. 극도로 엄격한 허용 오차는 압입이 베어링의 회전을 방해할 정도로 빡빡하지 않고 잘 맞도록 합니다. 이 부품은 Markforged 기계에서 제조할 수 있지만 터빈 하우징보다 훨씬 더 높은 작업입니다.

적층 제조 설계 변경

이 부품은 확실히 인쇄할 수 있지만 몇 가지 이유로 터빈 하우징보다 훨씬 더 어려운 문제를 나타냅니다. 첫째, 베어링 맞춤은 정확하고 동심이어야 합니다. 그러나 허용 오차는 Onyx의 감소된 표면 경도로 인해 약간 느슨할 수 있습니다. +0/-.001" 허용 오차에 도달하는 것이 알루미늄에 필요한 것보다 훨씬 더 현실적이기 때문에 이것은 가장 축복입니다. 둘째, 고정 링 홈과 돌출 플랜지를 모두 정확하게 인쇄할 수 있어야 했습니다. 이 두 가지 모두 부품 손상 없이 접근하기 어려운 영역에서 제거할 수 있는 상당한 지지 재료가 필요했습니다. 고맙게도 당사의 필오프 지지대를 사용하면 고정 링 홈과 플랜지를 쉽게 인쇄할 수 있습니다. 셋째, 부품, 특히 베어링 주변에 상당한 섬유를 끼워야 했습니다. 부품이 변형되면 베어링 맞춤으로 달성한 정밀도가 무효화됩니다. 부품은 각 베어링 주위에 6개의 섬유 링을 끼울 수 있을 만큼 충분히 큽니다. 이것은 충분한 지원입니다.

하우징 인쇄

엄격한 공차를 달성하는 것은 당사의 모든 기계에서 가능합니다. 이를 증명하기 위해 우리는 두 가지 버전의 베어링 하우징을 인쇄하기로 결정했습니다. 하나는 Mark Two Enterprise에, 다른 하나는 Mark X에 레이저 치수 확인 기능이 있습니다.

마크 투 하우징

Mark Two에서 엄격한 허용 오차를 인쇄하려면 독립적으로 측정된 단위 테스트를 사용해야 합니다. 이전 블로그 게시물에서 단위 테스트를 명시적으로 다뤘습니다. 폐쇄 루프 설계 없이 엄격한 공차를 인쇄할 수 있도록 하는 데 매우 유용합니다. 베어링 하우징의 경우 두 개의 베어링 맞춤을 링에 각각 추상화하고 여러 단위 테스트를 인쇄합니다. 각 단위 테스트 인쇄 후 내부 직경을 최대한 정확하게 측정하고(캘리퍼스로 내부 3D 인쇄된 원을 측정하는 것은 매우 어려울 수 있음) CAD에서 부품 치수를 조정합니다. 각 베어링 맞춤으로 두 번 반복한 후, 각각의 새로운 치수를 전체 부품에 통합하고 인쇄합니다. 전체 부품을 측정하고 검증한 후에야 하드웨어 삽입을 시도합니다. 모든 것이 계획대로 작동하면 베어링이 꼭 맞게 끼워지고 베어링 하우징을 터빈 하우징에 설치할 수 있습니다.

마크 X 하우징

Mark X의 치수 보증은 여전히 ​​사람의 검증을 받았기 때문에 완벽한 부품을 단순히 인쇄할 수는 없습니다. 그러나 레이저 치수 측정은 프로세스를 크게 간소화합니다. 단위 테스트를 사용하는 대신(훌륭하지만 허용 오차 내 치수가 있는 단위 테스트는 여전히 복제해야 하기 때문에 허용 오차를 확인하지 못할 위험이 있음), 각 요소가 포함된 레이어에 전체 부품을 레이저 스캔으로 인쇄합니다. 두 개의 중요한 베어링 맞춤. 이를 통해 캘리퍼스를 사용하지 않고도 인쇄 중에 각 베어링이 맞는지 확인할 수 있습니다. 첫 번째 시도에서 두 허용 오차를 모두 달성했지만(재인쇄의 필요성 제외), 두 허용 오차 중 하나를 놓치면 간단한 재치수 및 재인쇄가 발생했을 것입니다. 이 워크플로는 수동이며 단위 테스트를 사용하는 것보다 훨씬 간단합니다.

결론

복잡하지만 베어링 하우징은 엄격한 3D 프린팅의 훌륭한 응용 프로그램임이 입증되었습니다. Mark Two와 Mark X 모두에서 약간의 디자인 변경으로 기능적 부품을 인쇄할 수 있음을 확인했습니다. 더 나은 점은 하우징이 서로 바꿔 사용할 수 있다는 것입니다. 둘 다 터빈 로터가 완벽하게 회전하도록 합니다.

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