स्पोर्ट्स कार के सिलेंडर हेड के उदाहरण पर व्यापक संभावनाओं और एडिटिव टेक्नोलॉजी की महत्वपूर्ण सीमाएँ

Additive धातु उत्पादन के साथ डिजाइन की सीमाओं को धक्का ...

टेरी वोहलर और इयान कैंपबेल द्वारा पोस्ट किया गया
11 मार्च 2016

अंतिम कार्यात्मक भागों के उत्पादन में एडिटिव प्रौद्योगिकियों (एटी) का उपयोग करते समय डिजाइन में भारी स्वतंत्रता को एक प्रमुख लाभ के रूप में मान्यता प्राप्त है। उपकरण की आवश्यकता को कम करने और अधिक स्वतंत्र रूप से निर्माण और सामग्री को हटाने की क्षमता का मतलब है कि बनाए जा रहे हिस्सों में पारंपरिक प्रक्रियाओं का उपयोग करके निर्मित किए जाने की तुलना में अधिक जटिल ज्यामितीय संरचना हो सकती है, जो बदले में बहुत तकनीकी रूप से जटिल हैं। उत्पादों के अधिशेष मूल्य को बढ़ाने के लिए विभिन्न तरीकों से Additive प्रौद्योगिकियों का उपयोग किया जा सकता है।

अतिरिक्त अधिशेष मूल्य जीवन चक्र की लागत को कम करके प्राप्त किया जा सकता है, उत्पाद की सौंदर्य अपील में सुधार, प्रयोज्य में सुधार और दक्षता में वृद्धि *। एल्यूमीनियम पाउडर की परत-दर-परत संलयन की तकनीक का उपयोग करके बढ़ती दक्षता का एक प्रभावशाली उदाहरण: जर्मन कंपनी एफआईटी (अंजीर। 1) द्वारा निर्मित मोटर वाहन सिलेंडर सिर additively आने वाले और बाहर निकलने वाले गैस प्रवाह, शीतलक आंदोलन और कंपन भिगोना को अनुकूलित करने के लिए घर्षण का न्यूनतम प्रदान करना चाहिए। और उपरोक्त सभी के साथ अत्यधिक लोड वाले तत्व होने के कारण उच्च शक्ति होनी चाहिए।

FIT को एक रेसिंग कार के सिलेंडर हेड के उन्नत संस्करण को विकसित करने का काम सौंपा गया था जो प्रदर्शन की आवश्यकताओं को पूरा करेगा और हल्का होगा। निम्न पाठ दिखाता है कि एटी के लिए डिजाइनिंग ज्यामितीय स्वतंत्रता को अधिकतम करती है और बनाए जा रहे भागों की दक्षता में सुधार करती है।

• इसके बाद, दक्षता को संरचनाओं की प्रभावशीलता का मतलब समझा जाता है, अर्थात। निर्दिष्ट मापदंडों के साथ निर्दिष्ट कार्यों को करने के लिए एक हिस्से की क्षमता, कम से कम के साथ: वजन, सामग्री की खपत, उत्पादन लागत, आदि।

अंजीर। 1 अनुकूलित सिलेंडर सिर (एफआईटी से फोटो)

डिजाइन सुविधाएँ

"मुद्रित" सिलेंडर हेड का मुख्य लाभ गैस प्रवाह का अनुकूलन है। दहन कक्ष के आकार, सेवन और निकास पथों को कंप्यूटर सिमुलेशन के प्रवाह द्वारा अनुकूलित किया जा सकता है। ऐसे कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करते हुए, दहन कक्ष और निकास पथ से अतिरिक्त गर्मी को हटाने के लिए फ्लक्स को अनुकूलित किया जा सकता है।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि कास्टिंग की तुलना में एडिटिव विनिर्माण के लिए डिज़ाइन किए गए उत्पादों का अनुकूलन करते समय समझौता करने की आवश्यकता होती है, जिसमें ढालना भागों के फ्लैट कोणों की आवश्यकता होती है। Additive प्रौद्योगिकियां शीतलक के संचलन का अनुकूलन करती हैं, जो कास्टिंग पर एक महत्वपूर्ण लाभ है। एटी का उपयोग करते हुए, शीतलक के लिए वॉटर जैकेट और चैनलों में जटिल संरचना का एक जालीदार फ्रेम हो सकता है (छवि 2)। यह आपको सतह क्षेत्र को बढ़ाने की अनुमति देता है और इस प्रकार आंतरिक दहन इंजन से शीतलक तक गर्मी हस्तांतरण में सुधार करता है। सिलेंडर सिर के मामले में, सतह क्षेत्र 825 सेमी 2 से बढ़कर 10225 सेमी 2 हो गया। विशेष जाली संरचना के आधार पर, यह अशांत प्रवाह भी बना सकता है - बेहतर शीतलन का दूसरा पहलू। यह कम शक्तिशाली पानी पंप का उपयोग करते समय एक अतिरिक्त लाभ प्रदान कर सकता है, जिससे इंजन की शक्ति कम हो जाएगी।

Additive प्रौद्योगिकी ने भी FIT को अपने सिलेंडर सिर के वजन को अनुकूलित करने में मदद की है। इंजीनियरों ने मुख्य संस्करणों के चारों ओर सामग्री की मोटाई बढ़ाकर सिर का मुख्य शरीर बनाया। अतिरिक्त सामग्री ने भाग में ताकत जोड़ दी और बेहतर कंपन को संभव बनाया। सामग्री का वितरण टोपोलॉजी और सिर के ताकत और वजन के अनुपात को अनुकूलित करके निर्धारित किया गया था। नतीजतन, आवश्यक कार्यात्मक संकेतक सामग्री की न्यूनतम मात्रा का उपयोग करके प्राप्त किए गए थे। टोपोलॉजी अनुकूलन के लिए धन्यवाद, सिर का वजन 5 किलो से 1.8 किलोग्राम तक कम हो गया था।

जबकि सिलेंडर हेड का डिजाइन एक प्रभावशाली इंजीनियरिंग उपलब्धि है, डिजाइन जटिलता का यह स्तर आसान या तेज नहीं है। अधिकांश सफलता सॉफ्टवेयर क्षमताओं में निहित है - नेटफैब GmBH से सेलेक्टिव स्पेस स्ट्रक्चर्स, जो कार्बनिक रूपों और जाली संरचनाओं को विकसित करने के लिए उपयोग किया जाता है।
कंप्यूटर एडेड फ्लो मॉडलिंग, टोपोलॉजी ऑप्टिमाइज़ेशन, और ग्रिड सॉफ्टवेयर का इस्तेमाल महंगा और मुश्किल हो सकता है। उन्हें प्रशिक्षण में महत्वपूर्ण निवेश की आवश्यकता होती है, "परीक्षण और त्रुटि चरण" की लागत के साथ, अक्सर छोटी कंपनियों के लिए दुर्गम।

अंजीर। 2 - आंतरिक जाली संरचना के साथ इंजन का सिलेंडर सिर (एफआईटी से फोटो)

डिजाइन की चुनौतियां

एटी दिलचस्प डिजाइन क्षमताओं की पेशकश करते हैं, लेकिन अद्वितीय चुनौतियां भी पैदा करते हैं। सॉफ़्टवेयर द्वारा बनाए गए गणितीय रूप से अनुकूलित फ़ॉर्म हमेशा लागू नहीं किए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, सबसे छोटी संभव दीवार की मोटाई या सबसे छोटे छेद को जानना जरूरी है जो एक एटी का उपयोग करके खेला जा सकता है। इसके अलावा, additive प्रक्रिया के दौरान प्रोट्रूइंग तत्वों को अतिरिक्त संरचनाओं द्वारा समर्थित किया जाना चाहिए; समर्थन को बाद में हटा दिया जाना चाहिए, जिस पर विचार करना महत्वपूर्ण है।

तापमान तनाव भी एक अन्य समस्या है, विशेष रूप से पाउडर धातु की परत-दर-परत संलयन की प्रक्रिया में। यहां, थर्मल तनाव भाग की विकृति पैदा कर सकता है जब इसे संरचना की सतह से अलग किया जाता है।
विरूपण को कम करने के लिए, डिजाइनर अक्सर संरचना की सतह पर भागों और उनके तत्वों को रखने के लिए अतिरिक्त सहायक संरचनाएं जोड़ते हैं। हालाँकि, इनमें से कई संरचनाओं को जोड़ने से उन्हें हटाने के लिए अतिरिक्त काम करना पड़ता है; बहुत कम समर्थन टॉर्सनल विरूपण का परिणाम है। एक इष्टतम डिजाइन को अक्सर वास्तविकता और सैद्धांतिक रूप से इष्टतम रूपों के बीच एक समझौते की आवश्यकता होती है, हालांकि इस समझौते की डिग्री आमतौर पर पारंपरिक निर्माण प्रक्रियाओं जैसे धातु की ढलाई से बहुत कम होती है।

पाउडर हटाने एक और महत्वपूर्ण मुद्दा है। ऊपर वर्णित सिलेंडर सिर के मामले में, पाउडर सभी आंतरिक गुहाओं और उद्घाटन को भर सकता है। बिल्ड चैम्बर से भागों को हटाते समय, तकनीशियन को यह सब अतिरिक्त पाउडर निकालना होगा। इसलिए, डिजाइनरों को डिजाइन में जल निकासी छेद और निकास पथ शामिल करना चाहिए जो पाउडर को भाग के अंदर "अटक" बनने से रोकेंगे। इसके लिए छेद और रास्तों के आकार और स्थान की सावधानीपूर्वक डिजाइन की आवश्यकता होती है, और फिर उन्हें सीएडी मॉडल में जोड़ दिया जाता है। अक्सर, इन छेदों को बाद में मरम्मत करनी चाहिए, जिसमें समय लगता है और लागत बढ़ जाती है।

अधिकांश डिजाइनरों और इंजीनियरों ने अभी तक एटीएस के लिए औपचारिक शिक्षा और डिजाइन अभ्यास प्राप्त नहीं किया है। नतीजतन, औद्योगिक उपयोग के लिए एटी पर विचार करने वाली अधिकांश कंपनियां पहली बार इसके साथ सामना कर रही हैं। और यद्यपि कुछ कंपनियों ने अपनी कंपनी में "अग्रदूतों" के एक छोटे समूह के बीच अपना ज्ञान फैलाया, आमतौर पर ये "अग्रणी" एक सीमित संसाधन हैं। परिणामस्वरूप: एटी से अधिक आपूर्ति के लिए शिक्षा और डिजाइन प्रशिक्षण की मांग।

एयरोस्पेस उद्योग में प्रशिक्षण

एयरोस्पेस उद्योग के एक सेगमेंट में शिक्षा की आवश्यकता को पूरा करने के लिए, वॉल्हर्स एसोसिएट्स ने नासा मार्शल स्पेस फ्लाइट सेंटर के लिए एटी के लिए दो आधिकारिक डिजाइन कक्षाएं संचालित कीं। एक चार-दिवसीय वर्ग उन्नत डिजाइन विधियों का उपयोग करके व्यावहारिक प्रशिक्षण पर केंद्रित है, जिसमें सख्त भागों, अनुकूलन टोपोलॉजी और जाली और जाल संरचनाएं शामिल हैं। दूसरी श्रेणी, तीन दिन, मुख्य रूप से धातु से एडिटिव विनिर्माण पर केंद्रित थी।

Additive विनिर्माण संरचना की दक्षता और वजन में सुधार करने के लिए कई अवसर प्रदान करता है। विशेष सॉफ्टवेयर टूल्स और विधियों का उपयोग करके, डिजाइनर पारंपरिक उत्पादन विधियों पर महत्वपूर्ण सुधार प्राप्त कर सकते हैं। चूंकि पारंपरिक प्रक्रियाओं की तुलना में एटी के साथ डिजाइन की स्वतंत्रता बहुत अधिक है, इसलिए हमारा मानना ​​है कि एटी पूरी तरह से नए प्रकार के भागों और उत्पादों के विकास के लिए व्यापक आवेदन मिलेगा, जिसमें ऑटोमोबाइल इंजन के कुछ हिस्सों को शामिल किया गया है, जो काफी हद तक अपने पूर्ववर्तियों को पार कर जाएगा।