Flowoptimalisatie in machines dankzij 3D-printen

Zoals heel wat producten moeten machines steeds performanter, maar ook compacter worden. Al zijn deze twee uitdagingen niet eenvoudig te combineren, toch behoren ze vaak tot de doelstelling in next-generation machineontwerpen. 3D-printing kan hier een uitweg bieden dankzij de vormvrijheid die de productietechnologie aankan en bovendien alleen wat nodig is opgebouwd wordt.

Warmtewisselaars

Een terugkerend voorbeeld van het samenvallen van deze twee uitdagingen is de ontwikkeling van nieuwe generaties warmtewisselaars. De eisen rond uit te wisselen warmte stijgen continu en dit liefst in een zo compact mogelijke ruimte.

Een mooi voorbeeld hiervan is de warmtewisselaar die Sirris in samenwerking met TNO ontwikkeld heeft. Door additive manufacturing te gebruiken werden zowel het gewicht als het volume met meer dan een factor 10 teruggebracht. De performantie werd in dit geval gelijk gehouden, maar de drukval over de warmtewisselaar werd met 90 procent gereduceerd. Met minder effort kan dus evenveel warmte uitgewisseld worden en dit met een heel compacte warmtewisselaar.

Een tweede recurrent voorbeeld is het inzetten van 3D-printing bij de productie van gekoelde matrijsinserts. Deze inserts, die koelkanalen kunnen hebben vlak langs de te koelen hotspot of vormholte, zijn vaak ook een stuk minder complex en zelfs compacter dan wanneer met boringen en stoppen gewerkt wordt.

Een duidelijk voorbeeld is de case die Quadrant samen met Sirris ontwikkelde. Door vier inserts in de betreffende spuitgietmatrijs te vervangen werd de cyclustijd verkort van 50 sec naar 28 sec (d.i. 43 procent winst). Dit met behoud van dimensionele toleranties en kwaliteit. Ook de matrijstemperatuur daalde significant, van ca. 80 °C naar 40 °C.


Case Quadrant: switch van conventioneel koelkanaal naar 3D-geprint kanaal in matrijsinsert

Spuitnozzles

Een derde applicatie waarin performantie met compactheid gecombineerd wordt, is het 3D-printen van spuitnozzles. Hierbij wordt vaak gebruik gemaakt van het 'design-as-one-concept', waarbij complexe assemblages als één deel worden herontworpen. Het kanaal van de nozzle wordt hierbij herontworpen, zodat het een optimale vorm heeft voor zijn functie en het aantal componenten wordt sterk gereduceerd. Een knap voorbeeld is de nozzle die Melotte in opdracht van Innogrind heeft ontworpen en produceert. De geometrie/vorm van de koelkanalen (diameter: 1,5 mm) is geoptimaliseerd voor het proces. Bovendien ook naar kostprijs toe is dit de goedkoopste manier van fabricage.


Titanium Nozzle geprint door Melotte in opdracht van Innogrind

Ventielblokken

Een vierde applicatie is het printen van ventielblokken ('valve blocks'). Hierbij worden ontwerp en productie een stuk eenvoudiger, doordat voor elke verbinding slechts één kanaal gebruikt wordt en niet langer een combinatie van boringen en stoppen dienen samengebracht te worden. Dankzij de vloeiende kanalen vermindert bovendien de drukval over elke passage doorheen het ventielblok, wat resulteert in een lager energieverbruik in de applicatie en minder zwaar gedimensioneerde pomp-units.
Een mooi voorbeeld hiervan is onderstaande illustratie, waarbij van een complex ventielblok met meer dan 100 boringen werd overgegaan naar een 3D-geprint blok.


Meer weten over (her)ontwerp voor AM? Schrijf u hier in en ontvang ons e-book 'Design for additive manufacturing: a feasible methodology' in uw mailbox.

Share