In 3d Khổ Lớn Hiệu Suất Cao Nhờ Thiết Kế Sáng Tạo

BigRep tập trung vào việc tìm kiếm các ứng dụng mới cho in 3D khổ lớn công nghiệp. Trong số các nhà thiết kế công nghiệp, kiến trúc sư và kỹ sư, có rất nhiều ý tưởng được thử nghiệm bằng BigRep ONE. Dù theo đuổi những cảm hứng đổi mới, cấu trúc vi mô, vật liệu hay robot. Trung tâm NOWlab của Bigrep và các chuyên gia sáng tạo tìm cách học hỏi từ những gì đã tồn tại, để tạo ra thứ chưa từng thấy trước đây.

CÁNH QUẠT BIONIC
CẢM HỨNG ĐỔI MỚI TỪ THIÊN NHIÊN

Khi các nhà thiết kế sản phẩm và kỹ sư gặp trở ngại trong thiết kế cho chức năng sản phẩm. Một trong những cách tiếp cận giải quyết vấn đề là tìm kiếm cảm hứng trong tự nhiên. Trải qua hàng triệu năm, các loài thực vật và động vật đã tiến hóa để sống sót qua các yếu tố, bay cao hơn, chạy nhanh hơn, cao lớn hơn, bảo vệ bản thân khi dễ bị tổn thương. Những bài học chúng ta học được từ thiên nhiên có thể được áp dụng trong việc thiết kế các đối tượng công nghiệp.

Nghiên cứu thực vật và động vật học cung cấp nền tảng cho nghiên cứu cơ năng học. Dựa trên các yếu tố trong tự nhiên để tối ưu hóa các sản phẩm và công nghệ. Nghiên cứu tập trung vào phát triển kỹ thuật bằng cách sử dụng các yếu tố bền vững, cấu trúc hiệu quả, những kiểu mẫu và kiến trúc trong thế giới tự nhiên.

Vào mùa hè năm 2017, BigRep đã quyết định khám phá tiềm năng sản xuất cánh quạt dựa trên các nguyên tắc bionic và sử dụng công nghệ in 3D.

"Các hình dạng của các sản phẩm mà chúng ta biết ngày nay hầu hết bị ảnh hưởng bởi phương thức sản xuất", Mr. Emil Schärfer, nhà thiết kế công nghiệp hàng đầu trong dự án tại BigRep.

Schärfer cho rằng, điều này thực sự có thể hạn chế chức năng của mổi sản phẩm. Ông giải thích rằng máy tính đã giúp việc tính toán và thực hiện các cấu trúc phức tạp dễ dàng hơn. Các thiết kế Biological hiện có thể được tìm thấy trong một lĩnh vực rộng lớn của tự nhiên. Chúng ta chỉ cần chuyển đổi chúng thành các tệp CAD để sản xuất bằng công nghệ in 3D.

NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ CÁNH QUẠT

Lấy cảm hứng từ một sự đổi mới cánh quạt từ Đại học Kỹ thuật Berlin (TU). BigRep đã phát triển một mô hình cánh quạt Bionic kết hợp hai nguyên tắc nghiên cứu cơ năng học quan trọng để làm cho thiết kế trở nên khác biệt mà hiệu quả, thậm chí có thể sản xuất bằng công nghệ in 3D.

1. Trên một vòng lặp, biên dạng cánh quạt được thiết kế theo đường cong lông chim. Khi sải cánh, cho phép chim lướt bay dễ dàng và phát ra tiếng ồn rất thấp trong không khí. Kết nối các cánh quạt thông qua các vòng lặp sẽ tạo ra các mái chèo không có phần cuối.
2. Sáu đường gờ có thể nhìn thấy trên rìa của mỗi lưỡi cánh quạt. Được thiết kế dựa trên những vết sưng dọc theo vây của cá voi lưng gù. Khi cánh quạt quay, không khí di chuyển nhanh hơn qua các đường vân này, với lực cản ít hơn. Chính thứ này cho phép một trong những động vật có vú lớn nhất trên Trái đất di chuyển trong nước với tốc độ dường như không thể hiểu được so với trọng lượng của nó. Đây là một nguyên tắc khí động học có thể được áp dụng cho tuabin gió và cánh quạt.

Kết quả tạo ra một cánh quạt làm giảm nhiễu loạn trong không khí hoặc xâm thực trong nước (bọt bong bóng). Các thử nghiệm với lỗ thông gió - giải nhiệt của máy vi tính được thiết kế theo cách này. Cho thấy lượng phát ra tiếng ồn ít hơn 30%. Tương tự thử nghiệm cho tuabin tàu thuỷ, nó tăng hiệu suất lực đẩy lên khoảng 19%.

Nối bước các nhà nghiên cứu có trụ sở tại Berlin, người đã phát triển cánh quạt nguyên lý vòng. Ngày nay, càng có nhiều các nhà nghiên cứu khám phá và áp dụng các nguyên tắc cơ năng học để giúp thiết kế thông thường hiệu quả hơn.

CẢ HAI NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ BIONIC NÀY LÀM VIỆC TỐT TRONG NƯỚC VÀ KHÔNG KHÍ. VÌ VẬY, NÓ CÓ THỂ ĐƯỢC ÁP DỤNG VÀO NHỮNG CÁNH QUẠT THÔNG KHÍ NHỎ. HOẶC CÁC CÁNH QUẠT NĂNG LƯỢNG GIÓ, CÁC TUABIN, CHÂN VỊT TÀU THUỶ. - Florian Schärfer Industrial Designer, BigRep

Áp dụng in 3d khổ lớn trong Đúc Cánh Quạt

Thiết kế cánh quạt nguyên lý vòng - bionic như trên phù hợp cho phương pháp sản xuất đúc cát. Và thường được thiết kế riêng cho tàu thuỷ hoặc máy bay, được hiểu là số lượng ít. Do đó, thiết kế và đúc các vật thể này không có lợi cho sản xuất hàng loạt.

Theo truyền thống, mẫu vật đúc được gia công bằng gỗ - làm tinh bằng tay và chà nhám. Sau đó ép hai bên vào cát, tạo ra một khoang rỗng chứa hình dạng sản phẩm. Từ đó tạo thành khuôn, sau đó được rót đầy kim loại nóng chảy để sản xuất cánh quạt đúc. Sau khi được làm mát, cánh quạt kim loại được đánh bóng bề mặt hoàn hảo.

BigRep ONE cách mạng hóa đúc chân vịt bằng cách cắt thời gian đáng kể trong quy trình sản xuất khuôn. Schärfer cho biết, mô hình cánh quạt bionic có thể được in trong vài ngày thay vì vài tuần. Theo truyền thống, quy trình này rất tốn công. Nhưng với máy in 3d khổ lớn, nguyên mẫu có thể được tạo ra dưới dạng một dạng đơn, liền mạch mà không phải ghép nối.

Nguồn: Bigrep Cộng Hoà Liên Bang Đức