배경 사례
3D 프린팅 기술 중 하나인 레이저 용융 기술을 사용하여 과학 및 산업 협력을 통해 "Leichtbau Motor" 프로젝트에서 무게가 거의 21% 감소한 내연 기관이 탄생했습니다. 이러한 주목할만한 중량 감소 효과는 특히 항공기 성능과 효율성이 경량 설계에 좌우되는 항공우주 부문에서 많은 관심을 불러일으켰습니다.
기술적 아이디어
금속 3D 프린팅 기술은 층별 재료 적층을 통해 디지털 모델을 실제 모델로 바꾸는 적층 제조 방법입니다. 기본 아이디어는 컴퓨터 지원 설계(CAD) 소프트웨어를 사용하여 의도한 제품의 3D 모델을 생성한 다음 모델을 여러 개의 얇은 레이어로 자르고 분해하여 모든 얇은 레이어에 대한 인쇄 경로를 생성하는 것입니다. 적합한 3D 프린터와 재료를 선택한 후, 레이어 단위 프린팅을 위해 슬라이스된 파일을 프린터로 옮기고 마지막으로 개체 제작을 완료합니다.
사건 조사
크랭크케이스 및 실린더 헤드의 경량화를 위한 설계
"Leichtbau Motor" 프로젝트 팀은 엔진 실린더 헤드와 크랭크케이스 성능을 극대화하기로 결정했습니다. 이 두 가지 알루미늄 합금 주물은 3D 프린팅 기술 재제조 이후 눈에 띄게 무게가 감소했습니다.
실린더 덮개:
실린더 헤드의 토폴로지 최적화를 통해 재구축된 실린더 헤드의 무게는 2.3kg 감소하여 원래 구성 요소보다 22% 가벼워졌습니다.
기계적 응력이 큰 부분을 보강하여 경량화에 따른 강도를 확보하였습니다. 통합형 폐쇄형 서랍과 결합된 이중 T-빔(IPB)은 강성 유지 비율에 대한 이상적인 중량 감소를 제공합니다.
혁신적인 직교류 냉각 시스템은 대용량 워터자켓 대신 별도의 냉각 라인을 사용해 연소실 온도를 최대 40%까지 낮추어 필요한 취수량을 낮춘다.
크랭크케이스:
무게 감소를 위한 설계: 재구축된 크랭크케이스의 무게는 5.1kg 미만입니다. 알루미늄 베드 플레이트가 있는 짧은 스커트로 설계된 크랭크케이스는 강철 베어링 커버를 베드 플레이트로 대체하여 기본 디젤 엔진 메인 베어링 마찰을 낮춥니다.
크랭크케이스 칸막이에 있는 개방형 수평 하중 구조는 적절한 위치에 십자형 복합 재료로 강화되었습니다. 밸런스 축 근처에 있는 두 개의 경량 연결 파이프를 통해 추가 보강이 이루어집니다.
재료 최적화는 유리 섬유 강화 페놀수지가 크랭크케이스의 측면 커버를 구성하여 약 15%의 무게를 절약합니다.
오일 회로 및 배기관 개선
배기관 : 3D 프린팅 기술을 이용해 단열층을 직접 프린팅해 배기가스 후처리 시스템의 발열을 가속화한다.
오일 회로 최적화: 냉간 시동 및 일반 작동 중에 더 나은 오일 회로는 추가적인 이점을 제공합니다. 새로운 배선(급격한 편향 대신 굽힘)과 단면 개선으로 실린더 헤드와 크랭크케이스의 압력 손실이 22% 감소했습니다.
혜택의 적용
경량 설계: 금속 3D 프린팅 기술은 이상적인 프린팅 구조와 향상된 재료 품질을 통해 항공 부품의 경량 설계를 달성하여 항공기의 성능과 효율성을 크게 향상시킵니다.
금속 3D 프린팅 기술은 적층 제조 기술로서 '동일 재료 제조 및 절삭 가공' 과정에서 자원, 시간 및 기타 비용의 손실을 본질적으로 방지합니다. 개인적으로 맞춤화하면 창작 주기가 단축되고 제조 효율성이 향상됩니다.
복잡한 구조의 제조: 금속 3D 프린팅 기술은 CAD 모델을 복잡한 구조의 항공 부품에 대한 물리적 모델로 즉시 변환할 수 있으므로 일대일{2}}정확한 복제를 달성하고 기존 제조 기술에서 어려운 재현 문제를 해결합니다.
항공우주 부문의 일부 항공 부품은 서비스 수명이 제한되어 있으며 정기적인 유지 관리 및 수리가 필요합니다. 금속 3D 프린팅 기술을 통해 신속한 부품 생산과 정확한 손상 부위 복원이 가능해 생산 비용 절감에 도움이 됩니다.
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