Vilka är de typiska fallen av 3D-utskrift av metall i tunga industrimaskiner?

1. Fartygsframdrivningssystem: den "smarta tillverkningen"-revolutionen av pumpjetblad
Bakgrund till ärendet: Fartygspropellrar är de viktigaste kraftkällorna för ubåtar och stora fartyg. Bladen på dessa propellrar måste kunna hantera komplicerade vätskeförhållanden med högt tryck och snabbt flöde. Stora smidespressar används i traditionell tillverkning, men på grund av utrustningens storlek och processbegränsningar är det svårt att göra komplicerade ytor och invändiga kylkanaler på en gång.
Genombrott inom teknik: Zhang Haious team vid Huazhong University of Science and Technology utvecklade 3D-utskriftstekniken "Micro Casting and Forging", som kombinerar metallgjutning och smidesprocesser. Det möjliggör integrerad tillverkning av pumpjetblad med både additiva och subtraktiva material genom synkron smältning och smide. Till exempel minskar den här tekniken tiden det tar att tillverka en stor fartygs pumpjetpropeller från 9 månader till 3 månader. Det förbättrar också de mekaniska egenskaperna hos delar med 30 %, gör dem mer exakta med 0,5 mm till 0,1 mm och tar bort alla gjutdefekter som sprickor och porer.
Värde för industrin: Denna metod kommer runt storleksgränserna för stora metalldelar, så fartygsframdrivningssystem behöver inte använda 10 000 tons smidesutrustning. Detta minskar produktionskostnaderna och tiden med mycket. För närvarande har relaterade teknologier använts på inhemska hangarfartyg, enorma transportfartyg för flytande naturgas och annan nationell tung utrustning. Detta hjälper varvssektorn att gå mot att bli smartare och grönare.
2. "Snabb anpassning" av solhjul för oljeborrutrustning
Bakgrund till ärendet: Solhjulet i planetväxelsatsen i Master Drillings borrigg behöver bytas ut ofta, men det vanliga gjutförfarandet tar tre månader att tillhandahålla, vilket gör det svårt att möta akuta behov.
Ett stort steg framåt inom tekniken: Med Desktop Metals Studio 3D-utskriftssystem kan du skriva ut, avfetta, sintra och värmebehandla kugghjul på bara tre veckor med hjälp av adhesiv sprutning av metallpulverteknik. Plasmanitreringstekniken har gjort kugghjulets ythårdhet 64 HRC, vilket är mycket högre än 45 HRC för smidda delar. Leveranstiden har minskat med 80 % och kostnaderna har minskats med 60 % samtidigt.
Värde för industrin: Det här exemplet bevisar att 3D-utskrift av metall är mer kostnads-effektivt och effektivt för att tillverka små partier av skräddarsydda delar för tung industri. 3D-utskriftsteknik kan tillhandahålla "on-produktion", bli av med kostnader för formlager och hjälpa till att optimera designiterationer för industrier med stora maskiner och omfattande oljeborrning.
3. Aerospace: Nya raketmunstyckeskonstruktioner som använder mer än ett material
Bakgrund till ärendet: Raketframdrivningssystem måste arbeta under mycket höga temperaturer och tryck. Traditionella munstycken använder bara ett material, vilket gör det svårt att hitta en kompromiss mellan värmebeständighet och värmeledningsförmåga.
Tekniskt genombrott: InssTek och Korea Aerospace Research Institute har arbetat tillsammans för att skapa världens första multi-material raketmunstycke med hjälp av DED-teknik (directed energy deposition). Munstyckets insida är gjord av aluminiumbrons och det finns kylkanaler per millimeter. Utsidan är gjord av Inconel 625, en nickel-baserad legering, och förlängningsdelarna är gjorda av C-103 nioblegering. Lagertryck och värmebehandling gör det möjligt för olika metaller att ansluta utan sömmar. Tester av förbränning har visat att materialet har en styrka på 1200 MPa och en värmeledningsförmåga som är 40 % högre.
Värde för branschen: Multimaterial 3D-utskriftteknologin levererar skräddarsydda lösningar för flyg- och rymdsektorn, som bryter förbi begränsningarna för standardprocedurer för materialkombinationer. Till exempel tillverkade Renishaw cykelvevar i titanlegering för det brittiska cykellaget. Dessa vevar har en inre gallerstruktur som gör dem 30 % lättare samtidigt som de är starka, vilket hjälper dem att slåss om olympiska medaljer.
4. Energiutrustning: "Mögel-fri tillverkning" av gigantiska tryckkärl
Fallets bakgrund: Att göra tryckkärl på det gamla-sättet innebär att man använder formar och svetsar, vilket tar lång tid och kan leda till läckor. Ett finskt företag som heter ANDRITZ behöver tillverka syrabeständiga- behållare av rostfritt stål för den kemiska sektorn. Behållarna ska vara 900 millimeter breda och 1600 millimeter höga. Provtrycket måste vara 111 bar, trots att konstruktionstrycket bara är 10 bar.
Teknologiskt genombrott: Med hjälp av WAAM-teknik (arc additive manufacturing) används syra-beständig rostfri ståltråd som råmaterial, och en robotarm styr ljusbågens smältning för att bygga behållarkroppen lager för lager. Du behöver inga formar för den här tekniken, och den kan produceras om en vecka. Den har klarat standardtestet EN 13445-3 och har en materialutnyttjandegrad på 98 %, vilket är 40 % högre än andra svetsmetoder.
Branschvärde: WAAM-tekniken är bra för nästan-nätbildning av stora metalldelar, vilket minskar forsknings- och utvecklingstiden för energiutrustning mycket. ArcelorMittals koksugnsmunstycke med fem utlopp kombinerar till exempel fem separata delar till en 3D-utskriven del. Detta minskar produktionstiden från fyra månader till tre veckor och kostnaden för underhåll med hälften.
5. Industriell automation: 3D-metallutskrift utan några stödstrukturer
Fodralets bakgrund: När du 3D-printar metall på det gamla-sättet måste du skapa stödstrukturer för att förhindra att arbetsstycket böjs, men det slösar mycket material och kostar mycket pengar att slutföra.
Teknologiskt genombrott: Lasersvetsarbetsenheten som KUKA och HS Automation arbetade på tillsammans möjliggör "utskrift utan stöd" genom att flytta KR IONTEC-roboten och vändbordet samtidigt. Tekniken kan till exempel skriva ut komplicerade former med en väggtjocklek på 2 millimeter med hjälp av verktyg i rostfritt stål. Detta minskar mängden material som används med 98 % och tiden det tar att trimma med 75 %. Den kan också skriva ut med ett antal olika material, som titan och kromnickel-järnlegeringar.
Branschens värde: Oövervakad tryckteknik gör det lättare att tillverka stora industriella delar, särskilt för att tillverka verktyg, specialutrustning och annat. Till exempel producerade Huashu High Tech en elektrisk motorcykelram i titanlegering för Stark Future som kan skrivas ut i enorma storlekar (720x420x650 mm) med hjälp av kontinuerliga additiv tillverkningslösningar (CAMS). Detta gör produktionen fyra gånger effektivare och sänker kostnaderna med 30 %.