Quali sono i casi tipici di stampa 3D di metalli in macchinari industriali pesanti?

1. Sistema di propulsione navale: la rivoluzione della "produzione intelligente" delle pale a getto di pompa
Contesto: le eliche delle navi sono la principale fonte di energia per sottomarini e grandi navi. Le pale di queste eliche devono essere in grado di gestire condizioni fluide complesse con alta pressione e flusso veloce. Nella produzione tradizionale vengono utilizzate presse per forgiatura di grandi dimensioni, ma a causa delle dimensioni e dei limiti di processo delle apparecchiature, è difficile realizzare superfici complicate e canali di raffreddamento interni contemporaneamente.
Una svolta tecnologica: il team di Zhang Haiou dell'Università di Scienza e Tecnologia di Huazhong ha sviluppato la tecnologia di stampa 3D "Micro Casting and Forging", che combina processi di fusione e forgiatura del metallo. Consente la produzione integrata di pale a getto di pompa con materiali sia additivi che sottrattivi attraverso fusione e forgiatura sincrone. Ad esempio, questa tecnologia riduce il tempo necessario per realizzare il propulsore a reazione della pompa di una grande nave da 9 a 3 mesi. Inoltre, migliora le proprietà meccaniche delle parti del 30%, le rende più precise da 0,5 mm a 0,1 mm ed elimina tutti i difetti di fusione come crepe e pori.
Valore per il settore: questo metodo aggira i limiti dimensionali delle parti metalliche di grandi dimensioni, quindi i sistemi di propulsione navale non devono utilizzare apparecchiature di forgiatura da 10.000 tonnellate. Ciò riduce notevolmente i costi e i tempi di produzione. Attualmente, le tecnologie correlate sono state utilizzate su portaerei nazionali, enormi navi da trasporto di gas naturale liquefatto e altre attrezzature pesanti nazionali. Ciò sta aiutando il settore della costruzione navale a diventare più intelligente ed ecologico.
2. "Personalizzazione rapida" degli ingranaggi solari per le attrezzature per l'estrazione petrolifera
Contesto del caso: l'ingranaggio solare nel set di ingranaggi planetari dell'impianto di perforazione di Master Drilling deve essere sostituito spesso, ma la normale procedura di fusione richiede tre mesi per essere fornita, il che rende difficile soddisfare le esigenze di emergenza.
Un grande passo avanti nella tecnologia: con il sistema di stampa 3D Studio di Desktop Metal, puoi stampare, sgrassare, sinterizzare e trattare termicamente gli ingranaggi in sole tre settimane utilizzando la tecnologia di spruzzatura adesiva della polvere metallica. La tecnica della nitrurazione al plasma ha reso la durezza superficiale dell'ingranaggio pari a 64 HRC, che è molto superiore ai 45 HRC delle parti forgiate. I tempi di consegna sono stati ridotti dell'80% e allo stesso tempo i costi sono stati ridotti del 60%.
Valore per il settore: questo esempio dimostra che la stampa 3D in metallo è più conveniente-ed efficiente per realizzare piccoli lotti di parti personalizzate per l'industria pesante. 3La tecnologia di stampa D può fornire "produzione su-demand", eliminare le spese di inventario degli stampi e contribuire a ottimizzare le iterazioni di progettazione per i settori con macchine di grandi dimensioni e cicli di manutenzione estesi, come l'estrazione petrolifera e l'estrazione mineraria.
3. Aerospaziale: nuovi design di ugelli per razzi che utilizzano più di un materiale
Contesto del caso: i sistemi di propulsione a razzo devono funzionare a temperature e pressioni molto elevate. Gli ugelli tradizionali utilizzano un solo materiale, il che rende difficile trovare un compromesso tra resistenza al calore e conduttività termica.
Scoperta tecnologica: InssTek e il Korea Aerospace Research Institute hanno collaborato per creare il primo ugello per razzi multi-materiale al mondo che utilizza la tecnologia di deposizione diretta di energia (DED). L'interno dell'ugello è in bronzo di alluminio e sono presenti canali di raffreddamento per millimetro. L'esterno è realizzato in Inconel 625, una lega a base di nichel-, mentre le parti di estensione sono realizzate in lega di niobio C-103. La stampa a strati e il trattamento termico consentono a diversi metalli di connettersi senza cuciture. Test di combustione hanno dimostrato che il materiale ha una resistenza di 1200 MPa e una conduttività termica superiore del 40%.
Valore per il settore: Multistampa 3D materialeLa tecnologia offre soluzioni su misura per il settore aerospaziale, superando i vincoli delle procedure standard sulle combinazioni di materiali. Ad esempio, Renishaw ha realizzato pedivelle per biciclette in lega di titanio per la squadra ciclistica britannica. Queste pedivelle hanno una struttura reticolare interna che le rende più leggere del 30% pur essendo robuste, il che le aiuta a lottare per le medaglie olimpiche.
4. Attrezzature energetiche: "produzione-senza stampi" di recipienti a pressione giganti
Contesto del caso: la produzione di recipienti a pressione alla vecchia- maniera implica l'uso di stampi e saldature, che richiedono molto tempo e possono causare perdite. Un'azienda finlandese chiamata ANDRITZ deve produrre contenitori in acciaio inossidabile resistenti agli acidi-per il settore chimico. I contenitori dovrebbero essere larghi 900 millimetri e alti 1600 millimetri. La pressione di prova deve essere di 111 bar, anche se la pressione di progetto è di soli 10 bar.
Innovazione tecnologica: utilizzando la tecnologia di produzione additiva ad arco (WAAM), come materia prima viene utilizzato filo di acciaio inossidabile resistente agli acidi-e un braccio robotico guida la fusione dell'arco per costruire il corpo del contenitore strato dopo strato. Non sono necessari stampi per questa tecnica e può essere prodotta in una settimana. Ha superato il test standard EN 13445-3 e ha un tasso di utilizzo del materiale del 98%, ovvero del 40% in più rispetto ad altri metodi di saldatura.
Valore del settore: la tecnica WAAM è utile per la formatura quasi-net di parti metalliche di grandi dimensioni, il che riduce notevolmente i tempi di ricerca e sviluppo per le apparecchiature energetiche. L’ugello del forno a coke a cinque uscite di ArcelorMittal, ad esempio, combina cinque parti separate in un’unica parte stampata in 3D. Ciò riduce i tempi di produzione da quattro mesi a tre settimane e i costi di manutenzione della metà.
5. Automazione industriale: stampa 3D di metalli senza strutture di supporto
Contesto del caso: quando si stampa in 3D il metallo alla vecchia- maniera, è necessario creare strutture di supporto per evitare che il pezzo si pieghi, ma questo spreca molti materiali e costa molti soldi per la finitura.
Una svolta tecnologica: l'unità di saldatura laser su cui KUKA e HS Automation hanno lavorato insieme consente la "stampa non supportata" spostando contemporaneamente il robot KR IONTEC e il tavolo ribaltabile. Ad esempio, la tecnologia può stampare forme complicate con uno spessore di parete di 2 millimetri utilizzando strumenti in acciaio inossidabile. Ciò riduce la quantità di materiale utilizzato del 98% e il tempo necessario per rifilare del 75%. Può anche stampare con una serie di materiali diversi, come le leghe di titanio e ferro-nichel-cromo.
Valore del settore: la tecnologia di stampa senza supervisione semplifica la realizzazione di parti industriali di grandi dimensioni, in particolare per la realizzazione di strumenti, attrezzature speciali e altro. Ad esempio, Huashu High Tech ha prodotto un telaio per motocicletta elettrica in lega di titanio per Stark Future che può essere stampato in dimensioni enormi (720x420x650 mm) utilizzando soluzioni di produzione additiva continua (CAMS). Ciò rende la produzione quattro volte più efficiente e riduce i costi del 30%.