W warunkach panujących w komorze spalania silnika rakietowego i na jej wylocie, ścianki elementów strukturalnych rozgrzewają się powyżej temperatury topnienia materiałów konstrukcyjnych. Rozwiązaniem, które zapobiega stopieniu ścianek komory spalania i dyszy rakietowej, jest chłodzenie konformalne, polegające na integracji w budowie tych elementów specjalnych kanałów chłodzących, umożliwiających cyrkulację medium chłodzącego w obrębie ich ścianek. Więcej na ten temat pisaliśmy w artykule:
Produkcja komponentów z chłodzeniem konformalnym jest bardzo wymagająca technologicznie. Coraz częściej w tym kontekście pracochłonne metody obóbcze i galwanotechniczne elektroosadzanie materiałów inżynierskich zastępowane są wytwarzaniem przyrostowym, najczęściej w technologii LPBF (laser powder bed fusion). Jednak preferowane do takich zastosowań stopy miedzi sprawiają wiele problemów podczas przetapiania wiązką laserową, ze względu na wysoką przewodność cieplną i wysoki współczynnik odbicia światła.
Podejście zaproponowane przez inżynierów NMIS zakłada wykorzystanie na potrzby produkcji dyszy procesu hybrydowego, opartego o druk 3D metodą cold spray – gazodynamicznego natryskiwania na zimno, w ramach której wysokociśnieniowy strumień gazu w dyszy zbieżno-rozbieżnej przyspiesza cząstki sproszkowanego metalu do prędkości naddźwiękowych. Przyspieszone cząstki w strumieniu gazowym uderzają o podłoże z siłą powodującą ich osadzenie. Proces przebiega z zachowaniem stałego stanu skupienia, co zapobiega powstawaniu naprężeń termicznych i ogranicza porowatość.
Wysokowydajny charakter procesu cold spray (do 10 kg/h) pozwolił skrócić cykl produkcyjny dyszy silnika rakietowego, zarazem przyczyniając się do redukcji strat materiałowych. Zalety technologii wykraczają poza sam etap fabrykacji, ze względu na możliwość naprawy zużytych i uszkodzonych wyrobów, co sygnalizowaliśmy w artykule:
W celu uzyskania złożonych geometrii chłodzenia konformalnego, na zasadzie wytwarzania hybrydowego, na centrum obróbczym w strukturę komponentu wprowadzono kanały, które wypełniono aluminium, również naniesionym metodą cold spray. Po dokończeniu druku zostały one usunięte w ramach chemicznej obróbki erozyjnej, pozostawiając kanały chłodzące.
Jak wyjaśnia Ryan Devine, starszy inżynier R&D z NMIS, połączenie kompetencji konstrukcyjnych z innowacyjnymi procesami technologicznymi, takimi jak metoda cold spray, umożliwia zmianę podejścia do projektowania, wytwarzania i wsparcia technicznego złożonych komponentów.
nmis.scot
