ESA experimenteert met Vlaamse knowhow in Additive Layered Manufacturing - artikel

Plant & Factory 6/05/2013 9:12:31

3D-printing zit in de lift. En Vlaamse bedrijven zitten in de kopgroep van het onderzoek en de toepassing van de technologie in de praktijk.

Download het artikel in

ENGINEERINGNET.BE -- Dat is bijvoorbeeld het geval met LayerWise, een spin-off van de KULeuven, dat samen met het Europees Ruimtevaartagentschap experimenteert met Additive Layered Manufacturing. De bedoeling: de mogelijkheden aftasten voor de constructie van een bi-drijfgas motor, bestemd voor een communicatiesatelliet.

ESA heeft in dit project de ontwerpkansen van Additive Layered Manufacturing – of ALM - aangegrepen om functioneel gescheiden ontwerpen te construeren voor een aantal satellietonderdelen, zoals de injectoren, verbrandingskamers en uitstroomstraalpijpen.

Dat is onder meer het geval met een ontwerp uit één stuk van de verbrandingskamer, waarin dan een dunnewanddrukvat met een ondersteunend externe structurele scaffold wordt versterkt. Die constructie bespaart op gewicht, de montage wordt vereenvoudigd, de productie versneld en aanpassingen zijn tot in een laat stadium van het ontwerp mogelijk.

De huidige stand van ALM
Communicatiesatellieten zijn van essentieel belang voor mobiel internet en beveiligde financiële communicatie tussen banken, rechtstreekse tv-uitzendingen en aardobservatie ten behoeve van weervoorspellingen. Een van ESA's taken is toezicht houden op de ontwikkeling van in-space satellietmotortechnologie.

Als onderdeel van een intern gefinancierd programma onderzoekt ESA de huidige stand van Additive Layered Manufacturing bij metaal, waarbij het potentieel en de volgroeidheid van de technologie worden bekeken in het licht van te verwachten ontwikkelingen op het gebied van motoren.

ESA koos voor het Vlaamse LayerWise naar verluidt 'vanwege de expertise van dit bedrijf op het gebied van ALM-technologie': de overeenkomst was dat LayerWise de 'klassieke' ontwerpen van de drie kritische motoronderdelen mocht maken, maar als onderdeel van het onderzoeksproject tegelijk ook alternatieve, door ALM mogelijk gemaakte, functionele ontwerpvarianten zou ontwikkelen.

Innovatieve injector manifolding
Het injectorgedeelte van een satellietmotor brengt op een gecontroleerde manier twee drijfgassen samen waarbij deze spontaan ontbranden en vervolgens continu blijven branden. De venturi-vormige verbrandingskamer versnelt de chemische uitlaatgassen naar het vermogen dat nodig is om de satelliet naar zijn juiste baan te brengen.

Het expansiemondstuk beïnvloedt de bewegingskarakteristieken door de gasdoorstroming verderop in de stroom te regelen. «ALM biedt innovatieve manifolding om de doorstroming van de drijfgasregelkleppen naar de verbrandingskamer te optimaliseren», zegt Simon Hyde van ESA.

«De ontwerpvrijheid die ALM biedt, maakt het ESA mogelijk om het aantal onderdelen van de injectorsamenstelling terug te brengen tot één, waar dit bij conventionele fabricage vijf onderdelen waren. Hierdoor worden veel risicovolle afdichtingslassen overbodig, die bij de oude werkwijze nodig waren om een betrouwbaar hydraulisch inspuiten te waarborgen.

Dit leidt zowel tot lagere kosten als tot een aanzienlijk kleiner risico.» Door verwerving van de volledige controle over het ALM-productieproces bereikt LayerWise een homogene microstructuur met een relatieve dichtheid tot 99,98% voor een toenemend aantal metalen en legeringen inclusief titanium.

ALM is ook geschikt voor het fabriceren van een thermisch injector-ontwerp dat voorkomt dat warmte teruggezogen wordt naar de gevoelige aandrijfkleppen en naar het ruimtevaartuig zelf. De afwezigheid van toegangsbeperkingen voor gereedschappen maakt een herontwerp van de thermische standoff mogelijk door het beheersen van de geleidbaarheid met in plaats daarvan gebruikmaking van een metalen stellage.

Gebouwd uit vluchtgeschikt titaniummateriaal (Ti6Al4V), benaderen de injectoronderdelen naar verluidt 'momenteel al de productbetrouwbaarheidswaarborgen van de ruimtevaartsector en de ontwerpbehoeften van de raketmotorontwerper'.

Gescheiden kamerfuncties
De verbrandingskamers van compacte in-satellite motoren bestaan doorgaans uit een convergent-divergent mondstuk met een niet-ondersteund mondstuk als uitgang. De drijfgasreacties gaan nog door in de convergente sectie, voordat de uitstromende gassen door de smalle opening naar de divergente sectie stromen waar ze supersonisch uitzetten.



Bestaande kamers zijn ontworpen om niet-operationele belastingen tijdens de lancering te kunnen weerstaan, waarbij met een grotere wanddikte deze tijdelijke belastingen het hoofd worden geboden. Eenmaal onderweg en operationeel hoeven de kamers niet een dergelijke wanddikte te bezitten.

Simon Hyde zegt dat ALM het toeliet om de kamerfuncties te scheiden tussen operationele en niet-operationele belastingen. Intuïtief vertaalt zich dit in strut-werk ribben die de dunne verbrandingskamerwand en de gelaste flens voor de bevestiging van het expansiemondstuk ondersteunen.

In plaats van het ruwe strut-werk produceerde LayerWise de draagstructuur als ALM low-density mesh. Omdat de volumetrische dichtheid slechts 12% is, levert ALM potentieel een grote reductie in verbrandingskamergewicht en verbetering van de structurele veiligheidsmarges.

De werkelijke verbrandingskamer bestaat niet uit Ti6Al4V-materiaal, maar uit een legering met een zeer hoog smeltpunt (bijvoorbeeld op basis van niobium, molybdeen, tantaal, wolfraam en/of rhenium) om de extreme verbrandingswarmte te kunnen weerstaan.

Nader onderzoek van dit revolutionaire verbrandingskamerontwerp omvat de studie van de isotropie van deze scaffold in het spanningsveld evenals de gedetailleerde thermische impact ervan. Aan de ene kant verhoogt deze mesh de effectieve oppervlak-emissiviteit, en aan de andere kant beïnvloedt het de warmtefluxen rond de kamer.

Grootschalige ALM
Bijkomend onderzochten ESA-ingenieurs ALM voor het vervaardigen van een expansiemondstuk met een uitgangsdiameter van bijna 50 centimeter. Dit is overigens waarschijnlijk het grootste SLM-onderdeel ooit gebouwd.

De spanning in het mondstuk is verhoudingsgewijs laag en het minimaliseren van de overhangende massa is van cruciaal belang voor een betere marge op het cantilevermotorontwerp. Het ALM-expansiemondstuk werd in titanium (Ti6Al4V) gefabriceerd, dat grotendeels aan de mechanische en thermische vereisten voor expansie voor het mondstuk voldoet.

Volgens Hyde biedt ALM onmiskenbare fabricagevoordelen ten opzichte van traditionele spin-forming van metalen plaatmateriaal, wat in feite alle ontwerpflexibiliteit doodt. Met ALM kunnen de motorprestaties worden getuned naar klantspecifieke voortstuwingsprofielen, wat vele ontwerpopties tot laat in het productieproces open houdt. << (foto's: LayerWise)
door Rob Snoeijs, LayerWise

Registreer voor e-Krant
Engineeringnet Mobile



Scan de QR-code
of klik hier om mobiel te surfen.

Tip: maak zelf een sneltoets op de startpagina van je smartphone. Voor Android: “Sneltoets Startpagina” of "Toevoegen aan startscherm". Voor iPhone: “Zet in beginscherm”.

Verwant

CubeSat satellietnetwerk wordt uitgezaaid - artikel

AMOS ontwerpt ’s werelds grootste zonnekijker

ESA keurt bouw van ruimtetelescoop PLATO goed

België heeft zijn eerste Industrie 4.0-fabriek te pakken - artikel

Laserlassen en 3D-printing in de ruimtevaart

Thales Alenia Space werkt aan zonnepanelenfabriek in Hasselt

>> Meer verwant nieuws
Carrièrekansen (meer)
Actief op zoek naar een nieuwe functie als werknemer of een opdracht als zelfstandige? Meld je aan bij Engineeringnet Techpost
Meest gelezen nieuws

Logistieke oplossingen gezocht voor hoge kosten leeggoed

LRM investeert 250.000 euro in fietsleasing-bedrijf

Vorig jaar 25% meer warmtepompen geïnstalleerd

40% meer ruimte voor groene energie dankzij slimme netten

Ecochem investeert 10 miljoen in uitbreiding Willebroekse fabriek (+video)

Nieuw innovatief bedrijfsnetwerk Offshore Energie opgericht

Agenda

Energy Efficiency in Industry

Building 904, Technologiepark, Zwijnaarde

van 9/05/2017 tot 12/12/2017

Opleiding trillingsanalyse CAT.II
volgens ISO 18436-2

Crowne Plaza Antwerpen

van 18/09/2017 tot 22/09/2017

EMO Hannover 2017 - Wereldbeurs voor metaalbewerking

Messegelände Hannover

van 18/09/2017 tot 23/09/2017

Agoria Academy: Maatschappelijk Verantwoord Ondernemen

BluePoint Brussels

maandag 18 september 2017

Agoria Academy: 'Privacy-by-design with the LINDDUN model'

BluePoint Brussels

woensdag 20 september 2017

Agoria Academy: Opleiding risicoanalyse van machines

AA-Tower Technologiepark

vrijdag 22 september 2017

Keuze van de redactie

(17/8) Brubotics lab ontwikkelt nieuw constructiemateriaal voor zelfhelende robots

(10/8) Zeehaven van Brugge beter bereikbaar via nieuwe A11-autosnelweg

(8/8) BESIX neemt Enrobage Stockem en Witraloc over

(2/8) UZ Gent boekt doorbraak in onderzoek naar ziekte van Crohn

(31/7) Fluxys plant tweede laadstation op Zeebrugse LNG-terminal

(5/7) Groene stroom voor 650 publieke laadpalen

>> Meer blikvangers
Bedrijfspagina's

Reageer of publiceer aanvullende informatie
Mis ook dit niet...

Swedegas en Fluxys LNG werken samen in LNG-project

Swedegas investeert in een LNG-bunkerinstallatie in de haven van het Zweedse Gotenburg en maakt voor het eerst LNG als scheepsbrandstof beschikbaar in de grootste Scandinavische haven.

Methu verhuist service naar Turkije en Polen - artikel

Methu uit Evergem trok in het zog van zijn klanten naar Turkije om er de lokale staalindustrie te bedienen en start het nu ook een vestiging in Polen. Het bedrijf bestaat 50 jaar in 2018.

John Hernandez nieuwe CEO Selligent

Selligent heeft John Hernandez met onmiddellijke ingang aangesteld tot Chief Executive Officer. Tot voor kort was hij nog COO en Senior Vice President Service Cloud bij Salesforce.

The Compost Bag Company verwerft controlebelang in Biobag

The Compost Bag Company (TCBC), producent van biologisch afbreekbare producten uit hernieuwbare en biogebaseerde grondstoffen, zet volop in op het reduceren van Europees plastic afval.

Galapagos boekt succes met medicijn tegen longziekte

Galapagos heeft positieve resultaten aangekondigd voor autotaxineremmer GLPG1690 in patiënten met idiopathische longfibrose (IPF) in de FLORA Fase 2a studie.

Infrabel gunt project aan P&V Elektrotechniek na Europese aanbesteding

Na een Europese aanbesteding haalde P&V Elektrotechniek het project van de 400 Volt algemeen laagspanningsborden (ALSB) en het PLP-project van Infrabel binnen.

Limburgse economie draait op volle toeren

De Limburgse conjunctuurbarometer blijft rond de 100 indicatorpunten schommelen. In de periode mei-juni 2017 werd de grens van 100 indicatorpunten licht overschreden.

Wim Soetaert: «Biogebaseerde economie is géén luchtkasteel» - artikel

«Tegen 2050, nog 30 jaar, zal de helft van de chemie biogebaseerd zijn. Bijna iedereen in de chemische industrie is er mee bezig. De bioraffinaderijen staan er al, het is een groeiverhaal».

Zeehaven van Brugge beter bereikbaar via nieuwe A11-autosnelweg

Eind augustus zal de nieuwe A11-autosnelweg tussen Brugge en Westkapelle (Knokke-Heist) helemaal klaar zijn. Het Agentschap Wegen en Verkeer (AWV) organiseert een groot openingsfeest.

Solar Team stoomt zonnewagen Punch 2 klaar voor WK

Een maand na de voorstelling van de Punch 2 is het Solar Team volop bezig met het testen van hun zelfgebouwde wagen. De studenten haalden voor de eerste keer de topsnelheid van 120 km/u.

DACHSER investeert 6,5 miljoen euro in nieuw Oostenrijks filiaal

Logistiek dienstverlener DACHSER investeert 6,5 miljoen euro in een nieuwe faciliteit in Stans in Tirol. Het filiaal omvat een totale oppervlakte van ongeveer 20.000 m².

Ontmanteling hoogspanningslijn tussen Ciply en Pâturages

In afwachting van de nodige vergunningen voor de aanleg van een ondergrondse verbinding van 150 kV, start Elia met de ontmanteling van de 70 kV hoogspanningslijn tussen Ciply en Pâturages.

Deutsche Bahn plaatst bestelling voor 100 Siemens-locomotieven

Siemens en DB Cargo AG hebben een raamcontract ondertekend voor de levering van 100 locomotieven. De locomotieven zullen ingezet worden op de Rijn-Alpen-Corridor.

Aangetekende brief nu ook via e-mail ? - column

In het tijdperk van internet en computers gebeurt er al heel wat per e-mail! Door de wet van 21 juli 2016 kan nu ook een aangetekende brief via e-mail verstuurd worden.