颠覆性技术,3D 打印造出大型水电机组零部件!

浏览数量:3     作者:本站编辑     发布时间: 2021-08-20      来源:本站


只要应用得当,3D打印技术也可以像铸造、锻造以及焊接一样,成为大型铸锻件制造中不可缺少的重要生产工艺,并且在大型铸锻件行业的技术创新、降本增效、质量提升过程中发挥重要作用。

1 金属材料3D打印技术 

3D打印钛合金大型整体主承力结构件等大型零件的金属材料的性能可以达到或接近锻件水平。3D打印技术修复涡扇发动机叶片技术实现了3D打印与零件基体结合区域的性能达到了零件的要求。与传统的焊接相比,金属3D打印修复具有以下特点: 

1)热影响区小,不影响基体组织应力分布; 

2)无需加热及后续热处理; 

3)3D打印组织与基体冶金结合致密,性能接近零件原组织; 

4)3D打印区域组织性能达到锻件水平; 

5)自动化控制,加工余量少。 

1.1 大型锻件局部3D打印成形 

AP1000核电主管道为例,设计要求采用超低碳控氮不锈钢整体锻造,锻件生产的主要难点是两个管嘴的成形,锻件材料利用率在15%以下。受3D打印技术修复涡扇发动机叶片的启发,核电主管道的成形可以简化为锻造或挤压不锈钢管+3D打印管嘴成形,该方法能够极大的降低核电主管道的生产难度及成本。

 

1.2 大型零件在线修复

发电机转子、水轮机叶片、船用曲轴等大型零件在使用过程中会出现局部裂纹、磨损及变形等失效问题,传统的补焊方法需要通过机加工→预热→焊接→机加工→热处理等流程才能修复。修复工作需要在大型专业设备上进行,但是修复区域性能低于零件原组织,增加了维修成本、维修周期,维修效果也不理想。而采用机器人与3D打印技术相结合构成的便携式可移动金属3D打印设备能改变这一现状,实现大型零件的现场修复,甚至在线修复。 

2非金属材料3D打印技术

重量在(20~500)t之间的汽轮机缸体、水电机组的叶片以及冶金设备机架等大型铸件一般采用木模+砂型铸造生产,可使用3D打印技术进行生产制造。     

2.1 大型铸件模型3D打印 

非金属材料3D打印技术可以实现复杂模型的快速建立,对于生产批量大、形状复杂、表面要求高的大型铸件,可以整体或局部替代木模,从而有效缩短大型铸件生产周期,提高铸件生产质量。    

2.2 大型铸件砂型3D打印 

砂型材料3D打印技术的原理是通过低功率激光器对树脂砂进行逐层烧结最终形成复杂砂型。采用3D打印技术生产大型铸件砂型有以下优点: 

1)大型铸件目前使用的反箱制模型方法对拔模角度有很高要求,而3D打印砂型对拔模角度无要求,甚至可以实现负拔模角度; 

2)3D打印砂型无需制模、反模等过程,就可以制作非常复杂的铸件,摆脱了工艺方法对铸件形状的约束; 

3)3D打印砂型使单件小批量生产的大型铸件的生产周期缩短,成本降低。    

33D打印造出大型水电机组零部件

3D打印技术在铸造领域有一个分支,名叫3DP,目前在业内生产效率最高,成本相对较低,最易于产业化推广。

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▲六年前宁夏的一家铸造厂

这是六年前宁夏的一家铸造厂,厂区充斥着粉尘、噪音,污染严重。六年后,这里已经变成一个全新的3D打印基地。他们,正在颠覆着传统意义的铸造生产。

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▲六年后全新的3D打印基地

以前做一个铸件,必须先做出一模一样的模型,做完得两个月。而铸造3D打印没有模型,只要直接将阴膜打印出来,再浇上铁水或钢水即可。铸件也不需要人工组配,一周左右就能做出成品。

3D打印各种规格的砂芯也是由智能无人驾驶运载工具进行无缝运载作业。在铸造3D打印智能工厂车间里,移动机器人、桁架机器人、微波烘干设备、立体仓库等组成智能流水线,生产效率是同等规模传统铸造的5倍以上。据了解,整个车间每班仅需7人,全部工作在空调环境,无吊车、无重体力劳动,而且实现了零排放。

车间里,正在打印的是大型水电机组整铸转轮砂型。喷头射出的树脂与砂子里的固化剂发生反应后固化,勾画出砂型截面图形。转轮砂型要通过2000层堆叠,每层砂子的厚度只有0.3毫米,只要有一层没有达到水平,之后所有的砂层都将倾斜,导致整个砂型报废。

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16个小时,昼夜不停,一个形状复杂、直径4.6米的整铸转轮砂型终于打印出来,尺寸精度误差不到1毫米。

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而在总装车间里,一台铸造砂型3D打印设备正在进行框架总体吊装,用它可以打印一个3吨重的成年非洲大象模型。

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宁夏共享集团股份有限公司的共享装备铸造3D打印智能工厂是世界首个万吨级铸造 3D 打印智能工厂。该公司突破了“球墨铸铁件UT 标准”“液力缓速器”等世界性难题,在国内率先实现了大型3D打印机在铸造行业产业化应用。如今,这里已成为国务院认定的 7 个国家双创示范企业之一,发改委确定的国家智能铸造产业创新中心,工信部批准建设的国家增材制造创新中心。

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与世界先进水平相比,3D打印设备材料成本降低2/3,打印效率提高3~5倍,设备成本下降2/3。有效地带动了产业链上下游的发展,引领中国铸造转型升级。

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六年前,宁夏共享集团董事长彭凡带着大家在车库里组装出第一台铸造砂型3D打印机,现在,他们可以批量生产铸造砂型3D打印设备,去改变更多的铸造企业。目前中国有26000多家铸造企业,3D打印和人工智能颠覆的不仅仅是一两家工厂,而是整个行业。

本文摘自“央视财经”、“疯狂机械控”,版权归原作者所有。

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