BACKGROUND: Development of micro jet engine is associated with scaling problems, leading to a sharp decrease in the Reynolds number and an increase in the influence of the roughness of the internal surfaces of the engine elements on hydraulic losses and overall efficiency. The selection of technological modes of additive manufacturing by powder bed fusion of a complex-integrated structure of a micro jet engine makes it possible to analyze the nature of surface roughness changes and to determine the optimal manufacturing modes.
AIM: Study of the effect of technological modes of powder bed fusion on the roughness of the resulting surfaces and development of a method for selecting printing parameters to minimize the hydraulic resistance in the flow part of a complex-integrated structure of a micro jet engine.
METHODS: Experiments on the production of samples made of the heat-resistant nickel alloy 08KhN53BMTYu have been carried out. The ranges of volumetric energy density and layer thickness were studied. The roughness was measured, a theoretical analysis of hydraulic losses in a combustion chamber was conducted.
RESULTS: The dependences of the surface roughness on the volumetric energy density and the layer thickness are found, and the lowest roughness values are determined. Based on the data obtained, diagrams linking the printing mode with critical Reynolds numbers, at which roughness begins to affect the flow, and the calculated coefficient of friction resistance for channels of various equivalent diameters, are built.
CONCLUSION: A methodological approach to the selection of technological modes of powder bed fusion for additive manufacturing of a complex-integrated structure of a micro jet engine has been developed. The obtained dependences make it possible to evaluate the effect of printing parameters on the roughness, which is necessary to optimize the process of additive manufacturing of complex-profile micro jet engine elements.
Обоснование. Создание микроразмерных двигателей сопряжено с проблемами масштабирования, ведущими к резкому снижению числа Рейнольдса и возрастанию влияния шероховатости внутренних поверхностей элементов двигателя на гидравлические потери и общий КПД. Подбор технологических режимов построения методом синтеза на подложке комплексно-интегрированной конструкции микроразмерного турбореактивного двигателя (КИК) позволяет проанализировать характер изменения шероховатости поверхностей и определить оптимальные режимы изготовления.
Цель — исследовать влияние технологических режимов синтеза на подложке на шероховатость получаемых поверхностей и разработать методику выбора параметров печати для минимизации гидравлического сопротивления в проточной части комплексно-интегрированной конструкции микроразмерного турбореактивного двигателя.
Методы. Проведены эксперименты по изготовлению образцов из жаропрочного никелевого сплава 08ХН53БМТЮ. Исследовались диапазоны объёмной плотности энергии и толщины слоя. Проведено измерение шероховатости, а также теоретический анализ гидравлических потерь в камере сгорания.
Результаты. Установлены зависимости шероховатости поверхности от объёмной плотности энергии и толщины слоя, определены наименьшие значения шероховатости. На основе полученных данных построены диаграммы, связывающие режим печати с критическими числами Рейнольдса, при которых шероховатость начинает влиять на поток, и расчётным коэффициентом сопротивления трения для каналов разного эквивалентного диаметра.
Заключение. Разработан методический подход к подбору технологических режимов синтеза на подложке для изготовления комплексно-интегрированной конструкции микроразмерного турбореактивного двигателя. Полученные зависимости позволяют оценивать влияние параметров печати на шероховатость изделия, что необходимо для оптимизации процесса аддитивного производства сложнопрофильных элементов микроразмерного турбореактивного двигателя.