近3000个零件优化为68个,来自3D打印的涡轮技术演示器

正如3D科学谷在《3D打印与工业制造》一书中提到的,我们总是陷入将3D打印与传统制造方法一对一比较的误区,原因在于我们很容易忽略3D打印不是在生产和原来一样的零件,而是生产不一样的零件,不一样的形状,不一样的材料,不一样的性能。

为了展示通过改变设计从而释放3D打印的潜力,德国Fraunhofer增材制造技术和先进材料研究所(IFAM)近日通过3D打印制造了一个涡轮技术演示器,将近3000个零件优化为68个。

为3D打印技术特点而重新设计

Fraunhofer IFAM是欧洲领先的粘合技术、材料科学和制造技术领域研究机构之一。IFAM与H + E-Produktentwicklung GmbH共同开发了小型燃气轮机涡轮技术演示器,令人印象深刻地展示了粉床增材制造技术的当前潜力。

燃气轮机涡轮技术演示器.来源:Fraunhofer IFAM

技术演示器是一种以“ Siemens SGT6-8000 H”为原型,比例为1:25的用于发电的燃气轮机的演示模型,除轴外,全部采用3D打印工艺制造。

组件装配包括68个由铝,钢和钛制成的零件,3D科学谷了解到这些零件通过组件优化得以重新设计,通过电子和激光束熔化技术替代了原来设计的近3000个单个零件。

这个涡轮机功能齐全,同时,在一个组件中显示了传统制造技术(在本例中为机加工)与激光束熔化(LBM)和选区电子束熔化(SEBM)工艺的结合。

Fraunhofer IFAM参与了组件的制造以及针对技术适应性参数的修改。带有定子台的壳体组件是在德累斯顿的增材制造创新中心ICAM直接制造的。使用的是Arcam Q20 +的电子束熔化技术熔化Ti-6Al-4V钛铝合金金属粉末。涡轮其他壳体和零部件是通过激光束熔化技术生产的。

要确定每个组件的正确制造技术是一件复杂的事情。例如,必须考虑表面的精度和粗糙度。还必须考虑支撑结构的必要性和数量以及组件的大小。3D科学谷了解到,只所以需要权衡这些技术,是因为需要满足所制造的小型涡轮技术演示器能达到所需要的功能。例如,轴和涡轮必须能够在定子之间自由旋转,并且演示器的各个组件必须以最简洁的方式彼此连接(通过拧紧和插上)。

3D科学谷Review

不仅仅是参与涡轮技术演示器的设计与制造,Fraunhofer IFAM还在正在测试一些新型3D打印金属粉末材料,这些材料是通过一种新技术制备的,用于基于粉末床工艺的金属3D打印技术,其成本显著低于目前主流粉末制备工艺所生产的球形粉末。

用于选区激光熔化(SLM)与电子束熔融(EBM)这两种粉末床工艺的金属粉末材料主要是通过惰性气体雾化产生的球形粉末,这类材料的价格非常高。Fraunhofer IFAM 采用新的生产方法,可以将铁基金属粉末的成本降到当前成本的10%左右。钛金属粉末等其他材料,也能够通过新的制备工艺生产出廉价的替代品,这些粉末正在测试中。

Fraunhofer旗下多个研究所正在针对推动增材制造的发展而发力,主要聚焦在两方面,一是从订单到产品制造的全流程角度全面考虑3D打印在数字和产品方面创造的附加值;二是通过研发飞跃性质的技术推动3D打印进入到新一代增材制造领域。

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