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Advancing high-pressure turbine vane cooling through additive manufacturing: Insights from the 3DCeraTURB project

Haubrich, Jan und Kasperovich, Galina und Gussone, Joachim und Petersen, Anna und Schöffler, Robin und Lakemann, Moritz und Ebel, Paul-Benjamin und Winkelmann, Peter (2025) Advancing high-pressure turbine vane cooling through additive manufacturing: Insights from the 3DCeraTURB project. ASME Turbo Expo 2025 Conference, 2025-06-16 - 2025-06-20, Memphis, USA.

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Kurzfassung

The efficiency of modern gas turbines and jet engines is closely tied to the permissible operating temperatures of the materials used. As the inlet temperature of high-pressure turbines rises, the need for advanced cooling techniques becomes critical, demanding the development of robust materials and innovative fabrication methods. Key challenges in designing these cooling systems include achieving uniform airflow distribution, reducing temperature gradients, and optimizing cooling according to load zones, all while adhering to manufacturing and strength constraints. Research at the German Aerospace center aims at furthering and exploiting additive manufacturing (AM) technologies to addresses these challenges by developing turbine vanes with intricate cooling structures suited particularly for fabrication with Laser Powder Bed Fusion (LPBF). In the highly interdisciplinary 3DCeraTurb project, new designs are being developed, LPBF materials studied and turbine vane demonstrators realized and tested. These demonstrators feature double-wall pins and an array of holes and film cooling holes. The aim is to achieve a more efficient cooling to enhance engine performance and enable fuel savings and emission reductions. This talk summarizes the progress of 3DCeraTurb with a focus on the additive manufacturing process developments and materials studies. Beyond the production of advanced turbine vanes, the project has enabled enhancements across the production chain, including heat treatment, mechanical property optimization, and post-processing of surfaces. Different materials suited well for laser welding-related processed including Inconel 718 and VDM780 are being investigated. Inconel 718 is readily available at low cost, well understood and can be processed robust and reproducibly, but to pave the way for better high-temperature performance materials, new alloys such as VDM780 that can potentially withstand temperatures up to 750 °C under fatigue and creep conditions need to be considered. 3DCeraTurb marks a significant step toward in exploiting additive manufacturing for enhancing turbine efficiency and reliability in extreme operating environments

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/215457/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Advancing high-pressure turbine vane cooling through additive manufacturing: Insights from the 3DCeraTURB project
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Haubrich, JanJan.Haubrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5748-2755NICHT SPEZIFIZIERT
Kasperovich, GalinaGalina.Kasperovich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0096-0533NICHT SPEZIFIZIERT
Gussone, JoachimJoachim.Gussone (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Petersen, AnnaAnna.Petersen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4819-4994NICHT SPEZIFIZIERT
Schöffler, RobinRobin.Schoeffler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0931-9021NICHT SPEZIFIZIERT
Lakemann, MoritzMoritz.Lakemann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ebel, Paul-Benjaminpaul.ebel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7112-7653NICHT SPEZIFIZIERT
Winkelmann, PeterPeter.Winkelmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:18 Juni 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Additive manufacturing, Inconel 718, VDM780, laser powder bed fusion, heat treatment, turbine vane
Veranstaltungstitel:ASME Turbo Expo 2025 Conference
Veranstaltungsort:Memphis, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:16 Juni 2025
Veranstaltungsende:20 Juni 2025
Veranstalter :American Society of Mechanical Engineers (ASME)
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Werkstoffe und Herstellverfahren
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Metallische und hybride Werkstoffe
Hinterlegt von: Kasperovich, Dr.-Ing. Galina
Hinterlegt am:12 Aug 2025 10:14
Letzte Änderung:12 Aug 2025 10:14

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