3Dプリントされたテスラタービンの設計—パート2

はじめに

これは、Markforged部品を使用した機械加工されたテスラタービンの改造について詳しく説明した2部構成のシリーズの第2弾です。最初の記事では、Tesla Turbinesを紹介し、どの部品が3D印刷に適しているかを説明し、タービンハウジングをMarkforged部品に交換しました。次に、タービン改造のもう1つの印刷コンポーネントであるベアリングハウジングに取り組みます。

テスラタービンベアリングハウジング

タービンハウジングがシャフトアセンブリを囲んでいる間、それはそれに触れません。代わりに、ベアリングハウジングと呼ばれる中間部品がタービンハウジングにボルトで固定され、2つの完全に同心のベアリングでシャフトアセンブリを保持します。元の設計者は、ベアリングハウジングの側面のローターを片持ちにすることで、元の部品を回転させる機械工がベアリング穴の同心性を簡単に確認できるようにしました。これは非常に重要です。 24,000 rpmでは、タービンローターの位置がずれていると、壊滅的な障害が発生する可能性があります。アルミニウム製ハウジング（最初に機械加工されたもの）では、これらの各ベアリングフィットの公差は+ 0 /-。0004インチでした。公差が非常に厳しいため、圧入がベアリングの回転を妨げるほどきつく締まることなく、しっかりと固定されます。この部品はMarkforgedマシンで製造可能ですが、タービンハウジングよりもはるかに背の高い作業です。

積層造形設計の変更

この部品は間違いなく印刷可能ですが、いくつかの理由から、タービンハウジングよりも非常に難しい課題です。まず、ベアリングのはめあいは正確で同心でなければなりません。ただし、Onyxの表面硬度が低下しているため、公差はわずかに緩くなる可能性があります。 + 0/-。001インチの許容誤差を達成することは、アルミニウムに必要なものよりもはるかに現実的であるため、これは変装の祝福です。次に、止め輪の溝とオーバーハングフランジの両方を正確に印刷できる必要がありました。これらは両方とも、部品を傷つけることなくアクセスが困難な領域から取り除くことができる重要な支持材料を必要としました。ありがたいことに、当社のピールオフサポートにより、保持リングの溝とフランジを簡単に印刷できます。第三に、部品、特にベアリングの周りにかなりの繊維を取り付ける必要がありました。パーツが変形した場合、ベアリングフィットで達成した精度は無効になります。この部品は、各ベアリングの周りに6つのファイバーリングを収めるのに十分な大きさです。これは十分なサポートです。

ハウジングの印刷

すべてのマシンで厳しい公差を打つことが可能です。それを証明するために、ベアリングハウジングの2つのバージョンを印刷することにしました。1つはMark Two Enterpriseに、もう1つはレーザー寸法検証付きのMarkXに印刷します。

マーク2住宅

Mark Twoに厳しい公差を印刷するには、独立して測定された単体テストを使用する必要があります。以前のブログ投稿で単体テストについて明示的に説明しました。これらは、閉ループ設計なしで厳しい公差を印刷できるようにするのに非常に役立ちます。ベアリングハウジングについては、2つのベアリングフィットのそれぞれをリングに抽象化し、複数の単体テストを印刷します。各単体テストの印刷後、内径を可能な限り正確に測定し（キャリパーで内部の3D印刷された円を測定するのは非常に難しい場合があります）、CADで部品の寸法を調整します。ベアリングのはめあいごとに2回繰り返した後、新しい寸法をパーツ全体に組み込んで印刷します。部品全体を測定して検証した後でのみ、ハードウェアの挿入を試みます。すべてが計画どおりに機能する場合、ベアリングはぴったりとはまり、ベアリングハウジングをタービンハウジングに取り付けることができます。

マークXハウジング

マークXの寸法保証はまだ人間によって検証されているので、完璧な部分を単純に印刷することはできません。ただし、レーザーの寸法記入により、プロセスが大幅に合理化されます。単体テストを使用する代わりに（許容範囲内の寸法の単体テストを複製する必要があるため、許容範囲を検証できないリスクがあります）、各部分を含むレイヤーにレーザースキャンでパーツ全体を印刷します。 2つの重要なベアリングが適合します。これにより、キャリパーを使用せずに、印刷中に各ベアリングがフィットすることを確認できます。最初の試行で両方の許容値に達することができましたが（再印刷の必要性を排除）、どちらかの許容値が欠落していると、単純な再寸法と再印刷になります。このワークフローはハンズオフであり、単体テストを使用するよりもはるかに簡単です。

結論

ベアリングハウジングは複雑ですが、厳しい公差の3D印刷の優れたアプリケーションであることが証明されました。 MarkTwoとMarkXの両方で、設計変更をほとんど行わずに機能部品を印刷できることを検証しました。さらに良いことに、ハウジングは交換可能に機能します。どちらもタービンローターを完璧に回転させることができます。

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