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.

Lees hieronder verder   
Verwant

Antwerp Space stuurt LaRa naar Mars

AMOS levert onderdelen voor weersatelliet

ESA en NASA willen bodemmonsters van de planeet Mars ophalen

Satelliet maakt indrukwekkende 3D kaart van Melkwegstelsel

Nederlandse Vliegbasis Leeuwarden ontvangt Europese UAV-simulator

VDL bouwt ondersteuningsstructuur voor reuzetelescoop ELT

>> Meer verwant nieuws
Carrièrekansen (meer)
Agenda

Expert in lean en productiemanagement: productieplanning

SBM Gent

van 28/02/2018 tot 5/09/2018

Club onderhoudsmanagers

Mercure Hotel - Roeselare

van 19/03/2018 tot 26/11/2018

Expert in onderhouds­management - modulair programma

Bluepoint Antwerpen

van 19/04/2018 tot 22/11/2018

Optimaliseren en integreren van mijn onderhoudsplan in de bedrijfsprocessen

SBM Gent

van 16/05/2018 tot 6/06/2018

Expert in onderhoudsmanagement: Maintenance & Reliability Engineering, Storingen en onderhoudsplanning

Bluepoint Antwerpen

van 24/05/2018 tot 28/06/2018

Bedrijfsbezoek nieuwe gebouwen Endress + Hauser

Carlistraat - Evere

van 29/05/2018 tot 21/06/2018

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”.

Meest gelezen nieuws

Haven Gent en Zeeland Seaports fuseren tot North Sea Port

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)

Keuze van de redactie

(23/5) Sector vraagt standaardisatie glazen drankflessen met statiegeld

(23/5) UGent-fysicus Frank Verstraete wint Francqui-Prijs 2018

(22/5) DAF en VDL bouwen samen elektrische vrachtwagens

(22/5) Arcadis aangesteld voor engineeringstudies fase 1 Oosterweelverbinding

(17/5) Flanders Make investeert 15 miljoen euro in West-Vlaanderen

(16/5) Inhuldiging grootschalig Europees batterijproject op Terhills-site

>> Meer blikvangers

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

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

UGent-fysicus Frank Verstraete wint Francqui-Prijs 2018

UGent-fysicus Frank Verstraete krijgt deze wetenschapsprijs voor zijn grensverleggend onderzoek in de kwantummechanica. Hij ontwikkelde de “Quantum Tensor Networks”.

Excelleren vergt nu meer dan Excel - column

Het handmatig bijhouden van spreadsheets in Excel is in de industrie nog steeds heel gewoon. Het energieverbruik, de productie, stilstand, zieken, het aantal gewerkte uren ...

Vier Belgische finalisten voor Wetenschapstalent-award 2018

Er maken dit jaar vier Belgen en één Nederlander kans op de titel van New Scientist Wetenschapstalent 2018, waarbij de winnaar 2.500 euro ontvangt.

Vlaamse en Nederlandse partners onderzoeken handel in warmte in grensregio

Het project DOEN stimuleert hergebruik van restwarmte, zoals de uitwisseling van restwarmte van ArcelorMittal met de Oost-Vlaamse gemeente Zelzate en de Nederlandse plaats Terneuzen.

Imec lanceert AR/VR-bril met oog-tracking technologie

Imec demonstreert op het Imec Technology Forum in Antwerpen een nieuwe draadloze technologie, die op basis van elektro-oculografie (EOG) zeer nauwkeurig oogbewegingen kan meten.

VUB-rectoraatsgebouw krijgt eigen ontworpen windturbines op dak

Deze week plaatsen studenten Industrieel Ingenieur van de VUB tijdelijk windturbines op het dak van het beschermde rectoraatsgebouw. Ze willen fondsen werven voor de verhuis van hun FabLab.

‘Kaizen-driven’ naar de ‘digitale fabriek van de toekomst’ - artikel

Siemens, dat zelf een digitale fabriek van de toekomst heeft in het Duitse Amberg, doet de maturiteitstest en begeleidt klanten op weg naar hun eigen ‘digital enterprise’.

EU: uitstoot van schadelijke gassen door vrachtwagens met 15% verminderen

De Europese Commissie stelt dat een meer aerodynamisch ontwerp van vrachtwagens voor minder brandstofverbruik en uitstoot van schadelijke gassen, zoals CO2, kan zorgen.

RS Components lanceert DesignSpark Marketplace

RS Components (RS) onthulde een bètaversie van een belangrijk nieuw platform: 'DesignSpark Marketplace'. Hiermee kunnen makers, pro-makers, starters en kleine bedrijven hun eigen uitvindingen en productcreaties aan een breed publiek van collega's en ingenieurs tonen en verkopen. >>

Partners