Các trường hợp điển hình của in 3D kim loại trong máy móc công nghiệp nặng là gì?

1. Hệ thống động lực tàu thủy: cuộc cách mạng “sản xuất thông minh” cánh bơm phản lực
Bối cảnh vụ án: Chân vịt tàu là nguồn năng lượng chính cho tàu ngầm và tàu lớn. Cánh của những cánh quạt này phải có khả năng xử lý các điều kiện chất lỏng phức tạp với áp suất cao và dòng chảy nhanh. Máy ép rèn lớn được sử dụng trong sản xuất truyền thống, nhưng do hạn chế về kích thước và quy trình của thiết bị nên khó có thể tạo ra các bề mặt phức tạp và các kênh làm mát bên trong cùng một lúc.
Đột phá về công nghệ: Nhóm của Zhang Haiou tại Đại học Khoa học và Công nghệ Huazhong đã phát triển công nghệ in 3D "Đúc và rèn vi mô", kết hợp các quy trình đúc và rèn kim loại. Nó cho phép sản xuất tích hợp các cánh bơm phản lực bằng cả vật liệu cộng và vật liệu trừ thông qua quá trình nấu chảy và rèn đồng bộ. Ví dụ, công nghệ này giúp giảm thời gian chế tạo máy đẩy phản lực bơm cho tàu lớn từ 9 tháng xuống còn 3 tháng. Nó cũng cải thiện 30% tính chất cơ học của các bộ phận, làm cho chúng chính xác hơn từ 0,5 mm đến 0,1 mm và loại bỏ tất cả các khuyết tật đúc như vết nứt và lỗ rỗ.
Giá trị đối với ngành: Phương pháp này đạt được giới hạn kích thước của các bộ phận kim loại lớn, do đó hệ thống đẩy tàu không phải sử dụng thiết bị rèn 10.000 tấn. Điều này làm giảm đáng kể chi phí sản xuất và thời gian. Hiện tại, các công nghệ liên quan đã được sử dụng trên các tàu sân bay nội địa, tàu vận chuyển khí đốt tự nhiên hóa lỏng khổng lồ và các thiết bị hạng nặng khác của quốc gia. Điều này đang giúp ngành đóng tàu tiến tới trở nên thông minh hơn và xanh hơn.
2. “Tùy chỉnh nhanh” bánh răng năng lượng mặt trời cho thiết bị khoan dầu
Bối cảnh của vụ việc: Bánh răng mặt trời trong bộ bánh răng hành tinh của giàn khoan Master Drilling cần được thay thế thường xuyên, nhưng quy trình đúc thông thường phải mất ba tháng để cung cấp, khiến khó đáp ứng được nhu cầu khẩn cấp.
Một bước tiến lớn về công nghệ: Với hệ thống in 3D Studio của Desktop Metal, bạn có thể in, tẩy nhờn, thiêu kết và xử lý nhiệt các bánh răng chỉ trong ba tuần bằng cách sử dụng công nghệ phun keo của bột kim loại. Kỹ thuật thấm nitơ plasma đã làm cho độ cứng bề mặt của bánh răng đạt 64 HRC, cao hơn nhiều so với 45 HRC của các bộ phận rèn. Thời gian giao hàng đã được cắt giảm 80% và chi phí đã được cắt giảm 60% cùng một lúc.
Giá trị đối với ngành: Phiên bản này chứng minh rằng in 3D kim loại có hiệu suất và-hiệu quả hơn về mặt chi phí khi tạo ra các lô nhỏ bộ phận tùy chỉnh cho các ngành công nghiệp nặng. 3Công nghệ in D có thể cung cấp "sản xuất theo-theo yêu cầu", loại bỏ chi phí tồn kho khuôn và giúp tối ưu hóa việc lặp lại thiết kế cho các ngành có máy móc lớn và chu kỳ bảo trì rộng rãi, chẳng hạn như khoan và khai thác dầu.
3. Hàng không vũ trụ: Thiết kế vòi phun tên lửa mới sử dụng nhiều vật liệu
Bối cảnh của vụ việc: Hệ thống đẩy tên lửa phải làm việc dưới nhiệt độ và áp suất rất cao. Vòi phun truyền thống chỉ sử dụng một vật liệu, điều này khiến khó có thể tìm ra sự dung hòa giữa khả năng chịu nhiệt và độ dẫn nhiệt.
Đột phá về công nghệ: InssTek và Viện Nghiên cứu Hàng không Vũ trụ Hàn Quốc đã hợp tác để tạo ra vòi phun tên lửa đa vật liệu-đầu tiên trên thế giới sử dụng công nghệ lắng đọng năng lượng định hướng (DED). Bên trong vòi được làm bằng đồng nhôm, có các kênh làm mát trên mỗi milimet. Bên ngoài được làm bằng Inconel 625, một hợp kim dựa trên niken-và các bộ phận mở rộng được làm bằng hợp kim niobi C-103. In nhiều lớp và xử lý nhiệt giúp các kim loại khác nhau có thể kết nối mà không cần đường nối. Các thử nghiệm đốt cháy cho thấy vật liệu này có độ bền 1200 MPa và độ dẫn nhiệt cao hơn 40%.
Giá trị cho ngành: Đain 3D vật liệucông nghệ mang lại các giải pháp dành riêng cho lĩnh vực hàng không vũ trụ, vượt qua những hạn chế của quy trình tiêu chuẩn về kết hợp vật liệu. Ví dụ, Renishaw đã chế tạo tay quay xe đạp bằng hợp kim titan cho đội đua xe đạp Anh. Những tay quay này có cấu trúc lưới bên trong giúp chúng nhẹ hơn 30% trong khi vẫn chắc chắn, giúp chúng tranh huy chương Olympic.
4. Thiết bị năng lượng: "Sản xuất miễn phí khuôn mẫu" của các bình chịu áp lực khổng lồ
Bối cảnh của vụ việc: Chế tạo bình chịu áp lực theo cách-cổ điển bao gồm việc sử dụng khuôn và hàn, việc này mất nhiều thời gian và có thể dẫn đến rò rỉ. Một công ty Phần Lan tên là ANDRITZ cần sản xuất các thùng chứa bằng thép không gỉ-kháng axit cho lĩnh vực hóa chất. Các thùng chứa phải rộng 900 mm và cao 1600 mm. Áp suất thử nghiệm phải là 111 bar, mặc dù áp suất thiết kế chỉ là 10 bar.
Đột phá về công nghệ: Sử dụng công nghệ sản xuất bồi đắp hồ quang (WAAM), dây thép không gỉ kháng axit- được sử dụng làm nguyên liệu thô và cánh tay robot sẽ hướng dẫn quá trình nấu chảy hồ quang để tạo thân thùng chứa theo từng lớp. Bạn không cần khuôn cho kỹ thuật này và nó có thể được sản xuất trong một tuần. Nó đã vượt qua bài kiểm tra tiêu chuẩn EN 13445-3 và có tỷ lệ sử dụng vật liệu là 98%, cao hơn 40% so với các phương pháp hàn khác.
Giá trị ngành: Kỹ thuật WAAM phù hợp cho việc tạo hình gần{0}}các bộ phận kim loại lớn, giúp cắt giảm đáng kể thời gian nghiên cứu và phát triển cho thiết bị năng lượng. Ví dụ, vòi phun than cốc năm đầu ra của ArcelorMittal kết hợp năm bộ phận riêng biệt thành một bộ phận in 3D. Điều này giúp giảm thời gian sản xuất từ ​​bốn tháng xuống còn ba tuần và giảm một nửa chi phí bảo trì.
5. Tự động hóa công nghiệp: In kim loại 3D mà không cần bất kỳ cấu trúc hỗ trợ nào
Bối cảnh của vỏ máy: Khi in 3D kim loại theo cách-cổ điển, bạn phải tạo các cấu trúc hỗ trợ để giữ cho phôi không bị uốn cong, nhưng điều này sẽ lãng phí rất nhiều vật liệu và tốn rất nhiều tiền để hoàn thiện.
Đột phá về công nghệ: Bộ phận hàn laser mà KUKA và HS Automation hợp tác cùng nhau cho phép "in không được hỗ trợ" bằng cách di chuyển robot KR IONTEC và bàn lật cùng lúc. Ví dụ, công nghệ có thể in các hình dạng phức tạp với độ dày thành 2 mm bằng các công cụ bằng thép không gỉ. Điều này giúp giảm 98% lượng vật liệu được sử dụng và thời gian cắt tỉa 75%. Nó cũng có thể in bằng một số vật liệu khác nhau, như hợp kim sắt titan và crom-niken.
Giá trị của ngành: Công nghệ in không giám sát giúp việc chế tạo các bộ phận công nghiệp lớn trở nên dễ dàng hơn, đặc biệt là chế tạo công cụ, thiết bị đặc biệt và những thứ khác. Ví dụ: Huashu High Tech đã sản xuất khung xe máy điện bằng hợp kim titan cho Stark Future có thể được in ở kích thước khổng lồ (720x420x650mm) bằng cách sử dụng các giải pháp sản xuất bồi đắp liên tục (CAM). Điều này giúp sản xuất hiệu quả hơn bốn lần và cắt giảm 30% chi phí.