Projetando uma Turbina Tesla Impressa em 3D — Parte 2: Desenvolvimento do Carcaça do Rolamento

Introdução

Na segunda parte de nossa série de duas partes, explicamos como adaptar uma turbina Tesla usinada com peças Markforged. O primeiro artigo introduziu turbinas Tesla, identificou componentes ideais para impressão 3D e substituiu a carcaça da turbina por uma peça Markforged personalizada. Esta entrada foca no elemento impresso restante: a carcaça do rolamento.

A Carcaça do Rolamento da Turbina Tesla

A carcaça da turbina envolve o conjunto do eixo, mas não o contata diretamente. Em vez disso, um componente intermediário — a carcaça do rolamento — aparafusa-se à carcaça da turbina e fixa o conjunto do eixo com dois rolamentos perfeitamente concêntricos. Ao colocar o conjunto do rotor em balanço na carcaça do rolamento, os projetistas originais permitiram que um torneiro verificasse facilmente a concentricidade dos furos do rolamento. Esta precisão é crítica; a 24.000 rpm, até um leve desalinhamento pode causar falha catastrófica. Na carcaça de alumínio original, as tolerâncias de ajuste do rolamento eram +0/-0,0004 pol, garantindo um ajuste por interferência confortável sem dificultar a rotação. Embora uma máquina Markforged possa produzir esta peça, ela apresenta um desafio maior que a carcaça da turbina devido às suas tolerâncias mais apertadas e função crítica.

Ajustes de Design para Manufatura Aditiva

Imprimir a carcaça do rolamento exige precisão e concentricidade. Felizmente, a dureza superficial reduzida do Onyx relaxa ligeiramente as tolerâncias — atingir +0/-0,001 pol é realista comparado ao requisito do alumínio. Também precisávamos imprimir ranhuras de anel de retenção e flanges salientes com alta precisão; essas características requerem material de suporte significativo, que é removido limpa usando suportes Peel-Off. Além disso, a peça deve acomodar alto volume de fibra, especialmente ao redor dos rolamentos, para manter estabilidade dimensional. O design permite seis camadas de fibra ao redor de cada rolamento, fornecendo amplo reforço.

Imprimindo a Carcaça

Para validar nossa abordagem, imprimimos duas versões da carcaça do rolamento: uma na Mark Two Enterprise e outra na Mark X, cada uma avaliada com verificação dimensional a laser.

Carcaça na Mark Two

Na Mark Two, tolerâncias apertadas dependem de testes unitários medidos independentemente. Imprimindo e medindo anéis de teste unitário para cada ajuste de rolamento, iteramos duas vezes, ajustamos as dimensões CAD e incorporamos as dimensões refinadas na peça completa. Só após verificar a carcaça completa inserimos o hardware. Quando bem-sucedido, os rolamentos alcançaram um ajuste por interferência confortável e integraram-se perfeitamente com a carcaça da turbina.

Carcaça na Mark X

Embora a Mark X também dependa de validação humana, o escaneamento dimensional a laser simplifica o fluxo de trabalho. Escaneando camadas que contêm os ajustes críticos dos rolamentos, verificamos tolerâncias em tempo real sem paquímetros. Alcançamos ambas as tolerâncias na primeira tentativa, eliminando a necessidade de reimpressões. Este processo hands-off é mais eficiente que testes unitários.

Conclusão

Apesar de sua complexidade, a carcaça do rolamento demonstra a viabilidade de impressão 3D de tolerância apertada para componentes de alto desempenho. Confirmamos peças funcionais tanto na Mark Two quanto na Mark X com mudanças mínimas de design, e ambas as carcaças permitem rotação perfeita do rotor.

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