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.

engineeringnet-tv

Zot van de bouw?
Bezoek de Open Wervendag op zondag 7 mei 2017!

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

VARIO-ruimtevaartproject van start gegaan

QinetiQ Space levert koppelingssysteem voor Dream Chaser

De ‘Sky is Not the Limit’ voor ‘s-werelds grootste telescoop - techniek

Spacemetric beheert ruimtegegevens in de cloud

Asco Zaventem breidt lange termijncontract met Boeing uit

Eerste beSPACE Award voor het QB50 team

>> 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

Club continu verbeteren

Hotel-restaurant Van Der Valk
Autostrade E-17 - 9810 Nazareth

van 17/10/2016 tot 19/06/2017

Expert in lean en productiemanagement: totaalopleiding

Tramstraat 63 - 9052 Zwijnaarde (Gent)

van 19/10/2016 tot 14/06/2017

Productieplanning

Tramstraat 63 - 9052 Zwijnaarde

van 15/02/2017 tot 3/05/2017

Expert in onderhoud: overbodige onderhoudskosten elimineren

Tramstraat 63 - 9052 Zwijnaarde

van 27/04/2017 tot 11/05/2017

Siemens automatiserings­workshops: TIA Portal met SIMATIC S7-1500 plc

Op verschillende locaties in Vlaanderen

van 2/05/2017 tot 20/06/2017

Siemens automatiserings­workshops: Drives in motion

Op verschillende locaties in Vlaanderen

van 3/05/2017 tot 21/06/2017

Keuze van de redactie

(26/4) UZ Gent neemt innovatieve handhygiënescanner in gebruik

(24/4) Vlaamse regering wil diepe geothermie aanmoedigen

(20/4) UZ Gent implementeert nieuw elektronisch patiëntendossier

(18/4) Correcte aanmelding zonnepanelen belangrijk

(12/4) Onderzoek: stevia inzetten tegen diabetes type 2

(10/4) Siemens bouwt indrukwekkende elektrische vliegtuigmotor

>> Meer blikvangers
Bedrijfspagina's

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

Covestro en Verenigde Naties lanceren duurzaamheidswedstrijd

Het VN-Milieuprogramma heeft ‘Young Champions of the Earth’ gelanceerd, een nieuw initiatief dat jongeren tussen 18 en 30 met bijzondere ideeën om het milieu te beschermen, in de kijker zet.

Vier tot zes jaar toponderzoek in ... drie minuten (+video)

Jaarlijks worden in Vlaanderen ruim 1.600 doctoraatsstudies afgewerkt. Via de Vlaamse PhD Cup daagt Scriptie vzw doctors uit om hun jarenlange onderzoek in 3 minuten aan de man te brengen.

Willemen ontvangt Voka Charter Duurzaam Ondernemen

Willemen heeft het voorbije jaar tal van acties ondernomen gelinkt aan de zeventien duurzaamheids­doelstellingen van de Verenigde Naties.

Ceratec groeit en wil extra personeel aanwerven

In 2016 groeide het technologie- en engineeringbedrijf Ceratec uit Ploegsteert, met 15% t.o.v. 2015 en haalde een omzetcijfer van 91,5 miljoen euro. Het bedrijf heeft 100 nieuwe vacatures.

Siemens workshop over TIA Portal met SIMATIC S7-1500 PLC - invitatie

TIA Portal is bij Siemens de sleutel tot het volledige potentieel van Totally Integrated Automation of volledig geïntegreerde automatisering. Volg deze workshop om de mogelijkheden te ontdekken.

Bedrijven moeten STEM-academienetwerk ondersteunen

Vlaams ministers Hilde Crevits en Philippe Muyters roepen bedrijven, organisaties en gemeenten op om STEM-academies en het STEM-academie netwerk in Vlaanderen te ondersteunen.

Th!nk E engageert zich in Vlaamse Energiecluster - interview

Leen Peeters omschrijft haar studiebureau in het energiedomein, Th!nk E, als ‘atypisch’: "Wij proberen oplossingen uit in de praktijk en kijken hoe ze waarde krijgen in een groter geheel."

Angar Kriwet, Festo: Industrie 4.0 als evolutie en revolutie - artikel

«Wat is er eigenlijk nieuw aan Industrie 4.0? Het is zowel een evolutie als een revolutie. De motor achter alles zijn onze klanten», stelt Angar Kriwet, president sales bij Festo.

Slechts 5% van grote bedrijven klaar voor nieuwe, digitale tijdperk

95% van de deelnemers aan het IT Transformation Maturity Curve-onderzoek van Dell EMC, denkt dat zijn organisatie serieus achterloopt om echte digitale ondernemingen te worden.

Vlaamse regering wil diepe geothermie aanmoedigen

Vlaams minister Bart Tommelein heeft een garantieregeling uitgewerkt voor bedrijven die boringen willen doen naar diepe aardwarmte, om voor een doorbraak te zorgen voor diepe geothermie.

Nieuwe wet moet België in kopgroep klinisch onderzoek verankeren

Met een procedure van amper 15 dagen blijft België een Europese koploper in snelle procedures voor klinische farmastudies voor menselijk gebruik. De Kamer zette daarvoor het licht op groen.

Nieuwe buitenlandse baggercontracten voor DEME

DEME meldt dat het baggercontracten in de wacht heft gesleept in Duitsland, Frankrijk, het Verenigd Koninkrijk en Spanje. De waarde van de contracten bedraagt ongeveer 115 miljoen euro.

GE rondt overname Deense rotorenbouwer LM Wind Power af

GE meldt de acquisitie van LM Wind Power te hebben afgerond. Via deze Deense producent van rotorbladen voor de windindustrie haalt GE gespecialiseerde ontwerpkennis in eigen huis.

De Lijn gaat elektrische bussen testen

De Lijn gaat in Antwerpen, Gent en Leuven elektrische bussen testen die worden opgeladen aan hun eindpunt. Er zullen 6 bussen en bijhorende oplaadinfrastructuur aangekocht worden.

Nieuw: compacte lineaire
actuator van JVL

De NEMA34 motor van JVL is samengevoegd met een kogelomloopspindel. De hiermee ontstane compacte lineaire actuator biedt een geïntegreerde controller en ruime mogelijkheden voor aansluiting op diverse bussystemen. Daarnaast hoeven er minder kabels gebruikt te worden. >>