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A equipe de Munique da GE Aerospace Advanced Technology (GE AAT) está projetando e fabricando um componente de manufatura aditiva (AM) de metal em larga escala para o projeto MOnACO financiado pela UE - o invólucro Advanced Additive Integrated Turbine Center Frame (TCF). Isso inclui o design e a produção de cupons e peças críticas, validação e qualificação e a entrega final do invólucro de metal impresso em 3D em tamanho real.

Depois de quase seis anos em pesquisa, desenvolvimento e engenharia, o projeto de invólucro TCF de grande formato usando a tecnologia Direct Metal Laser Melting (DMLM) da GE Additive em liga de níquel 718 foi recentemente revelado pelo consórcio. A carcaça do TCF é uma das maiores peças fabricadas com aditivos feitas para a indústria aeroespacial.

O invólucro TCF fabricado com aditivo é projetado para motores a jato de corpo estreito, onde a peça tem aproximadamente 1m ou mais de diâmetro. Ter essa solução de design de peça única para produzir esse tipo de hardware de motor de grande formato com custo, peso e tempo de fabricação reduzidos oferece uma vantagem comercial competitiva.

"Queríamos reduzir o peso da peça em 25%, mas também melhorar as perdas de pressão do fluxo de ar secundário, bem como uma forte redução na quantidade de peças para melhorar a manutenção", diz o Dr. Günter Wilfert, tecnologia e operações da GE AAT Munich gerente. "A equipe pode se orgulhar dos resultados. Com a impressão final do invólucro completo, eles comprovaram os valores. Essas metas foram alcançadas e superadas. Reduzimos o peso em ~30% no final. A equipe também reduziu o lead de fabricação tempo de nove meses para dois meses e meio, uma redução de quase 75%. Mais de 150 peças separadas que compõem uma carcaça de estrutura central de turbina convencional foram consolidadas em um projeto de peça única."

Para garantir que todos os requisitos de engenharia fossem atendidos, incluindo um benefício de desempenho de 0,2% no consumo específico de combustível, o projeto foi revisado por especialistas de toda a equipe para nível de prontidão tecnológica (TRL) e nível de prontidão para fabricação 4 (MRL4) e fabricação múltipla foram realizados testes para atender à qualidade do hardware e incorporar a capacidade de fabricação do MRL4.

Além dos benefícios ambientais, de desempenho, peso, custo e redução de desperdício dessa nova peça, o maior impacto será a redução da interrupção da cadeia de suprimentos em indústrias que enfrentam desafios com a fundição convencional.

O TCF, um componente inerente dos modernos motores turbofan de aeronaves, serve como um duto para o gás quente que flui da turbina de alta pressão para a turbina de baixa pressão. Convencionalmente, os TCFs são fabricados por fundição e/ou forjamento, seguidos de etapas adicionais de usinagem.

Devido aos requisitos rigorosos de hardware aeronáutico na indústria aeroespacial, os fornecedores aprovados para peças fundidas e forjadas são muito limitados. Isso cria longos prazos de entrega e altos custos. Esses desafios, e o fato de um TCF não ser uma peça rotativa, o tornaram um candidato ideal para AM.

A nova solução de design AM em estruturas de motor não se limita ao TCF para futuros motores; ele pode ser aproveitado para quadros centrais de motores existentes e legados. Os recursos de projeto propostos também podem ser transferidos e/ou dimensionados para estruturas traseiras de turbinas (TRF), carcaças de turbinas de baixa pressão e estruturas intermediárias de turbinas (TMF).

"As pessoas já querem saber como esta peça foi feita e como o design e a tecnologia podem se traduzir em suas indústrias", diz Ashish Sharma, engenheiro líder avançado da equipe GE AAT. “Nossa estratégia o tempo todo era garantir que o design do componente atendesse aos requisitos de engenharia aeroespacial e aos objetivos do Clean Sky 2, mas poderia ser facilmente traduzido para outros motores de segmentos semelhantes e negócios e setores adjacentes”.

"A AM oferece um enorme potencial para reduzir o peso, melhorar as funcionalidades dos componentes e reduzir substancialmente o número de peças em montagens complexas, aumentando diretamente a eficiência energética da aeronave e reduzindo os custos e o tempo de montagem", disse Christina-Maria Margariti, oficial de projeto de aeronaves movidas a hidrogênio da Clean Aviação.