Wat zijn de typische gevallen van 3D-printen van metaal in zware industriële machines?

1. Scheepsvoortstuwingssysteem: de "slimme productie"-revolutie van straalpompbladen
Achtergrond van de casus: Scheepsschroeven zijn de belangrijkste krachtbronnen voor onderzeeërs en grote schepen. De bladen van deze propellers moeten bestand zijn tegen gecompliceerde vloeistofomstandigheden met hoge druk en snelle stroming. Bij de traditionele productie worden grote smeedpersen gebruikt, maar vanwege de omvang en procesbeperkingen van de apparatuur is het moeilijk om ingewikkelde oppervlakken en interne koelkanalen in één keer te maken.
Doorbraak in technologie: het team van Zhang Haiou aan de Huazhong Universiteit voor Wetenschap en Technologie ontwikkelde de 3D-printtechnologie "Micro Casting and Forging", die metaalgiet- en smeedprocessen combineert. Het maakt de geïntegreerde productie van pompstraalbladen mogelijk met zowel additieve als subtractieve materialen door middel van synchroon smelten en smeden. Deze technologie verkort bijvoorbeeld de tijd die nodig is om de straalschroef van een groot schip te maken van 9 maanden naar 3 maanden. Het verbetert ook de mechanische eigenschappen van onderdelen met 30%, maakt ze nauwkeuriger met 0,5 mm tot 0,1 mm en verwijdert alle gietfouten zoals scheuren en poriën.
Waarde voor de industrie: Deze methode omzeilt de afmetingen van grote metalen onderdelen, zodat scheepsvoortstuwingssystemen geen smeedapparatuur van 10.000 ton hoeven te gebruiken. Dit scheelt aanzienlijk in de productiekosten en tijd. Momenteel worden aanverwante technologieën gebruikt op binnenlandse vliegdekschepen, enorme transportschepen voor vloeibaar aardgas en ander nationaal zwaar materieel. Dit helpt de scheepsbouwsector slimmer en groener te worden.
2. "Snelle aanpassing" van zonne-uitrusting voor olieboorapparatuur
Achtergrond van de zaak: Het zonnewiel in de planetaire tandwielset van de boorinstallatie van Master Drilling moet vaak worden vervangen, maar de gebruikelijke gietprocedure duurt drie maanden, waardoor het moeilijk is om aan noodbehoeften te voldoen.
Een grote stap voorwaarts in technologie: met het Studio 3D-printsysteem van Desktop Metal kunt u tandwielen in slechts drie weken printen, ontvetten, sinteren en met warmte behandelen met behulp van lijmspuiten met metaalpoedertechnologie. Door de plasmanitreringstechniek is de oppervlaktehardheid van het tandwiel op 64 HRC gekomen, wat veel hoger is dan de 45 HRC van gesmede onderdelen. De levertijd is met 80% verkort en tegelijkertijd zijn de kosten met 60% verlaagd.
Waarde voor de industrie: dit voorbeeld bewijst dat 3D-printen met metaal kosteneffectiever en efficiënter is voor het maken van kleine batches aangepaste onderdelen voor de zware industrie.. 3D-printtechnologie kan 'on- productie bieden', de voorraadkosten voor matrijzen wegnemen en ontwerpherhalingen helpen optimaliseren voor industrieën met grote machines en uitgebreide onderhoudscycli, zoals olieboringen en mijnbouw.
3. Lucht- en ruimtevaart: nieuwe ontwerpen voor raketmondstukken waarbij meer dan één materiaal wordt gebruikt
Achtergrond van de casus: Raketvoortstuwingssystemen moeten werken onder zeer hoge temperaturen en drukken. Traditionele mondstukken maken gebruik van slechts één materiaal, waardoor het moeilijk is een compromis te vinden tussen hittebestendigheid en thermische geleidbaarheid.
Technologische doorbraak: InssTek en het Korea Aerospace Research Institute hebben samengewerkt om 's werelds eerste multi-materiaalraketmondstuk te creëren met behulp van DED-technologie (Directed Energy Deposition). De binnenkant van het mondstuk is gemaakt van aluminiumbrons en er zijn koelkanalen per millimeter. De buitenkant is gemaakt van Inconel 625, een legering op nikkel-basis, en de verlengstukken zijn gemaakt van een C-103 niobiumlegering. Door gelaagd printen en warmtebehandeling kunnen verschillende metalen naadloos met elkaar verbonden worden. Uit verbrandingstesten is gebleken dat het materiaal een sterkte heeft van 1200 MPa en een thermische geleidbaarheid die 40% hoger is.
Waarde voor de industrie: Multimateriaal 3D-printentechnologie levert op maat gemaakte oplossingen voor de lucht- en ruimtevaartsector, waarbij de beperkingen van standaardprocedures voor materiaalcombinaties worden doorbroken. Renishaw maakte bijvoorbeeld fietscranks van titaniumlegering voor de Britse wielerploeg. Deze cranks hebben een interne roosterstructuur waardoor ze 30% lichter zijn en toch sterk zijn, waardoor ze kunnen vechten voor Olympische medailles.
4. Energieapparatuur: "vorm-vrije productie" van gigantische drukvaten
De achtergrond van de zaak: bij het maken van drukvaten op de ouderwetse- manier wordt gebruik gemaakt van mallen en lassen, wat lang duurt en tot lekkages kan leiden. Een Fins bedrijf genaamd ANDRITZ moet zuur-resistente roestvrijstalen containers maken voor de chemische sector. De containers moeten 900 millimeter breed en 1600 millimeter hoog zijn. De testdruk moet 111 bar bedragen, ook al bedraagt ​​de ontwerpdruk slechts 10 bar.
Technologische doorbraak: met behulp van WAAM-technologie (arc additive manufacturing) wordt zuur-resistente roestvrijstalen draad gebruikt als grondstof, en een robotarm begeleidt het smelten van de boog om het containerlichaam laag voor laag op te bouwen. Voor deze techniek heb je geen mallen nodig en kan deze binnen een week geproduceerd worden. Het heeft de EN 13445-3 standaardtest doorstaan ​​en heeft een materiaalbenuttingsgraad van 98%, wat 40% hoger is dan bij andere lasmethoden.
Industriewaarde: de WAAM-techniek is goed voor het vrijwel-netvormen van grote metalen onderdelen, waardoor de onderzoeks- en ontwikkelingstijd voor energieapparatuur aanzienlijk wordt verkort. Het cokesovenmondstuk van ArcelorMittal combineert bijvoorbeeld vijf afzonderlijke onderdelen in één 3D-geprint onderdeel. Hierdoor wordt de productietijd teruggebracht van vier maanden naar drie weken en worden de onderhoudskosten gehalveerd.
5. Industriële automatisering: 3D-metaalprinten zonder enige ondersteunende structuur
De achtergrond van de casus: als je metaal op de ouderwetse- manier in 3D print, moet je steunstructuren maken om te voorkomen dat het werkstuk buigt, maar dit verspilt veel materiaal en kost veel geld om te voltooien.
Technologische doorbraak: de laserlaswerkunit waar KUKA en HS Automation samen aan werkten, maakt "unsupported printen" mogelijk door de KR IONTEC-robot en de klaptafel tegelijkertijd te bewegen. De technologie kan bijvoorbeeld ingewikkelde vormen met een wanddikte van 2 millimeter printen met roestvrijstalen gereedschappen. Dit vermindert de hoeveelheid materiaal die wordt gebruikt met 98% en de tijd die nodig is om te trimmen met 75%. De printer kan ook printen met een aantal verschillende materialen, zoals titanium- en chroom-nikkel-ijzerlegeringen.
Waarde van de industrie: Printtechnologie zonder toezicht maakt het gemakkelijker om grote industriële onderdelen te maken, met name voor het maken van gereedschappen, speciale apparatuur en andere dingen. Huashu High Tech produceerde bijvoorbeeld een frame voor elektrische motorfietsen van titaniumlegering voor Stark Future dat in enorme formaten (720x420x650 mm) kan worden geprint met behulp van Continuous Additive Manufacturing-oplossingen (CAMS). Hierdoor wordt de productie vier keer efficiënter en worden de kosten met 30% verlaagd.