Einführung

Präzision ist in der Strömungsmesstechnik unerlässlich. Strömungssonden ermöglichen eine einfache und genaue Erfassung von Fluidströmungen. Mittels Micro Laser Sintering werden die Bauteile flexibel an die jeweilige Anwendung angepasst und bedarfsgerecht gefertigt. Größe und Form lassen sich dabei individuell auf unterschiedliche Einsatzbereiche abstimmen.

Worauf es wirklich ankommt.

Um die Effizienz durchströmter Produkte – wie Flugzeugtriebwerke, Kompressoren oder Fahrzeuge – zu steigern, werden Strömungsparameter von Fluiden (z. B. Luft oder Flüssigkeiten) wie Geschwindigkeit, Druck und Anströmwinkel mithilfe von Messsonden erfasst. Auf Basis der ausgewerteten Messdaten können Geometrien optimiert oder im Betrieb gezielt geregelt werden.

So funktioniert die Strömungssonde

Die Sonden lassen sich in ihrer Form – beispielsweise mit einem Durchmesser ab 1 mm – einfach an die Anforderungen des Kunden anpassen. Auf Basis des Bernoulli-Effekts ermöglichen die Vectoflow-Messsonden eine einfache und präzise Bestimmung von Druck, Geschwindigkeit und Anströmwinkel von Fluidströmungen. Dafür wird die Druckverteilung an der Sondenspitze ausgewertet, wodurch sich die Strömungsparameter exakt ableiten lassen. Dabei gilt: Je mehr Bohrungen an der Sondenspitze vorhanden sind, desto höher ist die erreichbare Messgenauigkeit und desto größer der erfassbare Winkelbereich.

Diese Vorteile gelten ebenso für Hochfrequenz- und Hochtemperatursonden. Durch die Integration in komplette Systeme ist der Einsatz unter anderem in UAVs oder Windkraftanlagen möglich.

Konventionell gefertigte Messsonden

Die Herstellung von Messsonden erfolgt konventionell mit verschiedenen Fertigungstechnologien. Je kleiner die Abmessungen, desto aufwändiger und komplizierter wird die Montage der Sonden. Zudem verringert die Miniaturisierung die Stabilität der Bauteile, was sich negativ auf deren Lebensdauer auswirkt. Bei den aktuell verfügbaren Lösungen mangelt es häufig an Robustheit, Anwenderfreundlichkeit und geometrischer Flexibilität.

Additives Denken

Das Unternehmen Vectoflow ist auf die Entwicklung und Konstruktion komplexer Strömungsmesssonden spezialisiert. Von Anfang an erkannte Vectoflow das Potenzial der additiven Fertigung und nutzt es konsequent. So entstehen ideal auf das jeweilige Einsatzfeld abgestimmte Designs, die schnell und ohne nachträgliche Montage aus einem einzigen Bauteil gefertigt werden können. Je nach Größe der Sonde und den gegebenen Anforderungen kommen dabei unterschiedliche additive Fertigungstechnologien zum Einsatz.

Für Anwendungen auf kleinstem Bauraum bei gleichzeitig maximaler Belastbarkeit setzt Vectoflow auf die additive Fertigungstechnologie „Micro Laser Sintering“ der 3D MicroPrint GmbH. Im Vergleich zu anderen verfügbaren Verfahren bietet diese Technologie eine deutlich höhere Detailauflösung für filigrane Strukturen sowie eine signifikant geringere Oberflächenrauheit nach dem Bauprozess – was die Nachbearbeitungskosten erheblich reduziert.

Neues Sondendesign sichert additive Fertigbarkeit

Beim Design eines Bauteils müssen stets die Möglichkeiten und Grenzen der jeweiligen Fertigungstechnologie berücksichtigt werden. Bereits nach dem ersten Austausch zwischen 3D MicroPrint und Vectoflow war klar, dass das ursprüngliche Modell nicht für die additive Fertigung geeignet war und ein Redesign zum gewünschten Ergebnis führen würde. Besonderes Augenmerk lag dabei auf den Kanalgeometrien im Inneren der Sonde, dem Sondenhals sowie der Stützstruktur. In mehreren Iterationen aus Designoptimierung, additiver Fertigung und Testverfahren konnten sowohl die Entpulverung der Kanäle als auch die strukturelle Stabilität der filigranen Innenstrukturen deutlich verbessert werden.

Strömungssonden von Vectoflow – gefertigt bei 3D MicroPrint

Die Messsonden wurden mit dem Micro Laser Sintering System DMP50GP von 3D MicroPrint gefertigt und anschließend per Drahtschneiden von der Bauplattform getrennt. Um strömungsbedingte Beeinflussungen durch Oberflächenrauheiten zu minimieren, wurden die Sonden gezielt nachbearbeitet und die Oberflächen entsprechend optimiert.

Micro Laser Sintering mit den 3D-Drucksystemen von 3D MicroPrint eröffnet völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten im Bauteildesign. Diese Technologie ermöglicht innovative Anwendungen in der Mikrofluidik, strömungsoptimierte Geometrien sowie die Integration zusätzlicher Funktionen – und damit ganz neue Potenziale für unsere Kunden. Durch den Einsatz des Micro Laser Sintering Verfahrens werden hervorragende mechanische Eigenschaften und eine außergewöhnlich hohe Detailgenauigkeit bei den filigranen Strömungssonden erzielt. Da die Bauteile aus nur einem Stück gefertigt werden, entfallen Montagezeiten – und das Endprodukt ist robust und langlebig, selbst unter anspruchsvollen Einsatzbedingungen.