Metal AM permite que alunos de graduação desenvolvam conceito econômico de turbobomba de foguete

30 de agosto de 2023

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Dois estudantes de graduação, Zachary Lesan e Patrick Watson, do programa de Ciências de Engenharia Aeroespacial da Universidade do Colorado Boulder, colaboraram com especialistas da CFTurbo, Velo3D, Silicon Valley Elite Manufacturing, EMP e outros para desenvolver um conceito de turbobomba de foguete econômico e confiável . Durante seus estágios de campo, os dois estabeleceram relacionamentos com designers seniores da Space X e da Launcher, que os ajudaram a compreender os caminhos para resolver os desafios mais urgentes em torno do design de foguetes e da criação de componentes ideais, de peça única e de alto desempenho para o espaço.

Zach Lesan, o líder original desta equipe de dois universitários, teve a ideia do projeto em janeiro de 2021, durante seu primeiro ano de graduação. Watson ingressou e assumiu a maior parte das responsabilidades no final de 2022, depois que Lesan se formou e iniciou um estágio na SpaceX.

“Comecei este projeto porque adorava foguetes e turbomáquinas”, compartilhou Lesan. “Eu sabia como funcionavam os motores de foguete de estado sólido e os projetei no passado, enquanto estava no ensino médio. No entanto, os foguetes de propulsão líquida capturaram minha imaginação. Queria muito entender todos os detalhes.”

“Ataquei o problema de frente”, acrescentou Lesan. “Foi uma grande oportunidade de aprender design de componentes, design de montagens complexas, CAD, princípios de design de impressão 3D e uma variedade de soluções de modelagem de software para problemas de primeiros princípios.”

Aprender a resolver problemas de engenharia foi um benefício óbvio do empreendimento. No entanto, o processo de projeto e construção da turbobomba apresentou mais desafios a serem superados. A tarefa mais difícil, mas talvez a mais gratificante, foi colaborar com parceiros da indústria que pudessem oferecer Fabricação Aditiva, usinagem, peças prontas para uso, como vedações e fixadores, e consultoria. Normalmente, esses esforços são conduzidos por gestores experientes. No entanto, Lesan e depois Watson fizeram da aquisição de parcerias um elemento importante na transferência do suporte e da produção para além do laboratório de produção gerido pela escola, para locais industriais mais avançados.

Nos estágios iniciais do projeto, Lesan buscou a construção de peça única e contatou o fornecedor de AM metálico Velo3D. Ele estava ciente de que suas capacidades de construção de Laser Beam Powder Bed Fusion (PBF-LB) eram cruciais para a produção do motor SpaceX Raptor. Essa consulta levou a uma conversa com o vice-presidente de vendas globais e desenvolvimento de negócios da Velo3D, Zach Murphee, e com o diretor de vendas técnicas, Gene Miller. Ambos incentivaram Lesan e ofereceram a tecnologia e os serviços da empresa para o projeto.

“Zach e Gene estavam super entusiasmados com o projeto”, disse Lesan. “E a empolgação deles me deixou ainda mais comprometido. As capacidades de design das impressoras Velo3D e seu incentivo pessoal me levaram a passar por todo o processo de design na bomba turbo.”

Após a ligação de Lesan para o Velo3D, ocorreu outro avanço. Com o redesenho da turbobomba em andamento, Lesan conheceu Patrick Watson, que logo se tornaria seu co-designer, no CU Sounding Rocket Laboratory (CUSRL). Lá, eles descobriram um interesse comum em turbomáquinas e sua joint venture começou. “Zach [Lesan] me mostrou sua apresentação de engenharia e fiquei impressionado com o quão tecnicamente avançada ela era”, disse Watson.

“Patrick interveio perto do período do Natal de 2021”, acrescentou Lesan. “Fiquei sabendo que ele estava trabalhando com turbomáquinas por meio de seu estágio na Launcher [uma empresa da Vast]. Isso preparou o terreno para a nossa colaboração ali mesmo. Patrick aprendeu cada vez mais sobre meu projeto inicial no início de 2022 e, naquele ano, assumiu inteiramente o projeto em termos de produção de peças e trabalho com parceiros. Ele continuou com os desenhos, documentos de fabricação, CFD e entregas finais.”

Nos últimos cinco anos, assistimos a avanços significativos na tecnologia espacial e de foguetes. Engenheiros independentes e empresas comerciais estão trabalhando para projetar foguetes de peça única e consolidar abordagens de fabricação. O objetivo, partilhado por Lesan e Watson, é reduzir a dependência de técnicas tradicionais de maquinação, fundição, brasagem e união, que limitam o desempenho funcional, diminuem a fiabilidade e dependem de uma cadeia de abastecimento cada vez menor.