用增材制造技术提高泵阀生产效率及性能

来源:荣格

发布时间:2020年1月13日下午 08:01:25

金属部件的增材制造随着技术的快速发展而得到了越来越多的应用。雷尼绍作为增材制造设备供应商,与美卓等企业展开合作;苏尔寿作为业内增材制造的先行企业,拥有自己的打印设施,并且不同部门间展开了积极的交流……
2019年,全球增材制造投资有望达到267亿美元。虽然许多行业都在使用增材制造生产专业零件,但如果生产效率低,就不具有成本效益。要扩大金属增材制造的应用范围,充分发挥其潜力,就必须加快增材制造的速度。
 
雷尼绍:将金属增材制造拓进新领域
全球工程技术公司雷尼绍(ReiShanw)与Domin Fluid Power合作,通过设计和制造直接驱动阀门,实现了生产效率的最大化。利用金属增材制造(AM)技术,Domin Fluid Power公司现在可以制造更小巧、更高效的驱动器,并将生产周期从5个半小时缩短至1小时。
用增材制造技术提高泵阀生产效率及性能
速度是原来的四倍‍
Domin Fluid Power公司总经理Marcus Pont解释说:“金属增材制造拓展了流体动力所能达到的技术前沿。经过数年时间对不同设计和原型进行测试,我们逐步发展并积累了增材制造的知识能力,提高了生产效率。如,现在设计的阀门驱动器体积和功率是原来的25%,生产成本只有原来的三分之一。”
 
 “我们一直在寻找机会,参与开发能够为工业界带来积极变化的新兴技术。”雷尼绍首席技术顾问Martin McMahon解释道:“我们在整个过程中都与Domin 合作,从调查材料性能,到探索最新技术如RenAM 500Q的优势。”
 
雷尼绍的新RenAM 500Q系统结构紧凑型,采用四只500瓦的激光器,将打印速度提高了三倍,降低了生产成本,因此将增材制造的市场吸引力扩展到以前因成本效益而受阻的应用中。
 
通过智能气体排放系统提高质量
质量问题一直是传统增材制造技术饱受诟病的重要方面。在激光粉末床熔化过程中,粉末飞溅和过程中的排放物容易导致产品缺陷,如杂质落入金属粉末中,损害产品质量。
 
Renishaw为Renami 500Q配备了智能气流系统,将工艺排放物质从成形空间中去除,创造出稳定的加工环境,将产品质量标准提高到传统金属增材制造技术未达到的水平。
 
 
美卓:让3D打印创造真正价值
 
作者:美卓研发总监JUKKA BORGMAN
 
美卓公司多年前就开始尝试将3D打印技术用于金属部件。为此,他们对一些概念进行了定义并进行了原型制造,使3D打印组件赋予阀门传统工艺无法达到的性能水平。
 
2018年,美卓向客户交付了第一款带有3D打印金属部件的阀门。新的阀门满足了苛刻的运行要求,可承受无数次快速启闭循环而无需维护。
 
 
目前,3D打印技术已经在美卓的阀门生产中得到了很好的应用。它不仅提升了阀门的性能,还降低了噪音,为客户独特的应用带来了理想的解决方案。
 
 “我不认为3D打印是一项成熟的技术,但它肯定已经过了创新阶段。事实上3D打印已经被美卓和许多其它工业行业的企业视为极有价值的制造技术。我们认为它强大而可靠,是小巧、复杂形状部件的理想选择。以降噪阀门内件为例,我们认为3D打印技术可以生产出比传统工艺性能更好的部件。”  美卓技术研发总监Jukka Borgman拿出两只阀门降噪内件强调道.
 
“首先看常规技术加工的降噪部件,这些大大小小的通道是直接从材料中钻过去的。而3D打印件内部一开始的通道比较大,接着分成多个通道,然后是越来越多直径很小的孔,最后在出口处,形成很多小孔。虽然传统技术也能生产出这样复杂的结构,但无论是花费的时间,还是成本,都要高于3D打印。” 
用增材制造技术提高泵阀生产效率及性能
优化流动路径
Borgman认为,3D打印赋予设计人员更多优化阀门内部流动路径的自由度。“好处不仅止于此。3D打印的优点还包括不再需要首先制作模具、机架或框架等。它是一种非常通用的技术,可以快速、低成本地生产小型系列组件。”
 
Borgman补充道:“3D打印也降低了生产时间。标准的生产流程可能会有多个工段导致生产延误,相比之下,3D打印可以同时有效地执行多个任务。例如,上述降噪环24小时内生产完毕,之后仅需再花上一天进行有限的机加工。因此,3D打印是阀门制造及其它快速生产备件的理想选择。”
 
尽管如此,Borgman并不认为3D打印可以完全取代传统铸造和机械加工,因为这些技术非常成熟、高效,特别对大尺寸和大体积阀门,如阀体的加工不可或缺。”
 
3D打印的机遇与障碍
当被问及在3D打印方面还有哪些障碍尚待克服时,Borgman指出,目前还没有涵盖诸如阀体的3D打印阀门压力控制组件的标准。
 
此外,对于一些简单组件而言,3D打印因为时间长、原材料成本高而显得缺乏吸引力。目前, 3D打印可以获得表面光洁、均匀的部件,无需进一步处理。他认为3D打印零件也将成为阀门行业公认的做法。
 
“目前美卓将3D打印部件外包,但随着销量的增长,未来也会进行内部生产。届时,可以向客户更好地展示3D打印如何提高阀门性能、降低噪音并为其独特应用提供优化的解决方案。”
 
苏尔寿:3D打印应用先行企业‍
 
作者:Nadia Qaud,瑞士温特图尔
 
增材制造技术和3D扫描将极大地改变我们的未来。作为技术先行者,苏尔寿对市场上新出现的增材工艺和材料进行了评估。由技术专家、材料专家和工艺工程师优化了合适的工艺,并在客户和合作伙伴的密切配合下进行了测试。
 
用增材制造技术提高泵阀生产效率及性能
苏尔寿于20世纪80年代开始将激光金属沉积工艺作为一种工业工艺进行开发,并于20世纪90年代获得专利。如今,激光已成为金属增材制造工艺中的能源。
 
工业部门中的3D打印工艺和技术
各种增材制造工艺是针对特定材料(塑料、金属合金、陶瓷、砂和蜡)开发的。固结方法(聚合、激光熔化或烧结、熔融、紫外线固化等)随材料的具体形态(液体、粉末、丝状等)而异。
 
随着工艺技术的日臻成熟,增材制造成为工业应用环境中最先进的技术。每种技术都对应着能为客户实现最大价值之处。总有一天,我们会在客户网站上看到按“即时制造”原则生产的备件。
 
增材制造在苏尔寿的典型应用
苏尔寿的所有部门、针对各种用途使用增材制造工艺。战略创新部的开发工程师José Ettlin表示:“增材制造有助于我们快速、经济地生产小批量或定制化产品。”
 
苏尔寿主要采用3D打印工艺生产原型或功能样品,并在瑞士Haag建立了3D打印实验室。“苏尔寿的目标是让我们的开发工程师能在增材制造领域获得扎实而丰富翔实的知识。这就是为什么我们在打印实验室安装3D打印机的原因。即使在项目完毕后,我们的工艺专家仍喜欢反复摆弄、研究。”Ettlin补充道。
用增材制造技术提高泵阀生产效率及性能
两台立体光刻打印机(左)和紫外线固化系统(右)
用增材制造技术提高泵阀生产效率及性能
 
使用红色PLA的熔融沉积成型(FDM)打印机
 
对于几何形状复杂的部件,增材工艺是十分理想的选择。十多年前,Chemtech部门开始采用选择性激光熔融(SLM)工艺,用金属粉末生产静态混料器。
 
利用激光束使金属粉末在粉末床上逐层固化形成部件。打印过程中采用了支撑结构,它不仅提供稳定性,而且还被用来传递热量,以防止工件产生热应力。
 
 “在模型泵性能测试期间,增材制造工艺提供了一种快速、经济的方法来评估不同水力设计模型的优点。根据专有的设计准则和计算流体力学(CFD)计算,对最佳水力模型的试验结果进行了审查。增材制造目前被用于模型泵上的固定液压部件,如导叶和调整件,但在某些情况下也被用于旋转液压部件,”温特图尔的液压开发主管Arnaldo Rodrigues解释说。
用增材制造技术提高泵阀生产效率及性能
激光金属增材制造过程中的材料积层(图片来源:德马吉-森精机)
 
泵的混合制造技术
在混合制造工艺中,利用金属激光沉积工艺的增材积层(图5)、减材工艺以及5轴铣削的组合,快速制造具有新材料特性的叶轮,并同时实现所要求的水力部件的表面质量。对于闭式叶轮,这种混合工艺十分理想。
 
定期知识交流
苏尔寿成立了增材制造(AM)委员会,使各部门的工程师能够分享其知识。RES技术主管兼增材制造委员会成员Charles Soothill解释道:“这种交流让我们能够分享其他工程师的知识。我们还一起学习苏尔寿的新的精整方法或新材料,以及其它部门的工程师在3D打印和混合工艺方面积累的经验。”
 
Soothill补充道:“除了优化3D设计外,我们还可以优化材料,并降低成本。我们也在展望未来。为了保证3D打印件的质量,需要什么样的检验程序、测试方法和机器过程监控?如何避免材料缺陷?在构建组件结构时,哪些功能可以优化?苏尔寿可以如何运用仿生学,并借鉴自然界的例子进行轻量化设计?”
用增材制造技术提高泵阀生产效率及性能
 
增材制造专家的经验交流。从左至右:Charles Soothill、André Brogli、Robin Rettberg和José Ettlin
 
对未来的展望
旋转设备服务部门的工程主管Pharic Smith解释道:“苏尔寿已经在涡轮工业中使用增材工艺,以快速修复复杂的受损部件。未来,我们还将看到增材制造应用于泵部件的快速修复,以便在较短的交货期内恢复到全新状态。功能和耐久性试验正在进行中,以创建采用增材工艺的完整部件,从而确保高质量和可重现性。一旦这一点得到保证,我们就将看到这些工艺在为客户提供更快捷解决方案方面拥有的巨大潜力。”
 
现场打印备件有什么好处?快速维修,无需长时间停机;无需库存、运输或海关等繁琐程序。苏尔寿正在深入思考新的商业模式,以实现这一愿景,并在不久的将来为客户提供这些优势。

Tell A Friend

评论

Image CAPTCHA