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3D打印技术在大型铸锻件领域应用

 


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本文摘要:目前,3D打印机技术的应用于及研究主要集中于在航空航天、电子、医疗等仪器零件的加工和修缮领域,而在以铁基金科居多的大型铸锻件领域上的应用于还很少。

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目前,3D打印机技术的应用于及研究主要集中于在航空航天、电子、医疗等仪器零件的加工和修缮领域,而在以铁基金科居多的大型铸锻件领域上的应用于还很少。大型铸锻件产品,如火电主轴、核电封头、水轮机叶片等的重量以致于几十上百吨,而以目前的金属3D打印机技术平均值1kg/h的加工速度以及每公斤上千元的材料成本计算,使用大型铸锻件整体3D打印机技术已完成大型铸锻件的生产无法构建。但是,这并不是说道3D打印机技术无法在大型铸锻件领域获得普遍的应用于。

只要应用于得宜,3D打印机技术也可以像铸、切削以及焊一样,沦为大型铸锻件生产中不可缺少的最重要生产工艺,并且在大型铸锻件行业的技术创新、降本增效、质量提高过程中充分发挥最重要起到。本文通过参照当前金属及非金属3D打印机技术在其他领域获得的研究成果,对未来3D打印机技术在以铁基金科居多的大型铸锻件领域的应用于方向展开了分析,从而为大型铸锻件行业的发展获取糅合。1.金属材料3D打印机技术3D打印机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超过或相似锻件水平。

3D打印机技术修缮涡扇发动机叶片技术构建了3D打印机与零件基体融合区域的性能超过了零件的拒绝。与传统的焊比起,金属3D打印机修缮具备以下特点:(1)热影响区小,不影响基体的组织形变产于;(2)需要冷却及先前热处理;(3)3D打印机的组织与基体冶金融合颗粒,性能相似零件原的组织;(4)3D打印机区域的组织性能超过锻件水平;(5)自动化掌控,加工余量较少。

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1.1大型锻件局部3D打印机成形以AP1000核电主管道为事例,设计拒绝使用超低碳控氮不锈钢整体切削,锻件生产的主要难题是两个管嘴的成形,锻件材料利用率在15%以下。不受3D打印机技术修缮涡扇发动机叶片的灵感,核电主管道的成形可以修改为切削或断裂不锈钢管+3D打印机管嘴成形,该方法需要很大的减少核电主管道的生产可玩性及成本。类似于核电主管道及多管嘴封头等具备局部无以成形特征的大型锻件都可以使用锻件主体+3D打印机局部的方式成形,该方法将在确保锻件整体质量的情况下大大降低锻件的生产可玩性、成本和周期。

另外,还可将大型锻件局部3D打印机成形的思路扩展到大型零件3D打印机拼成焊接技术。如果3D打印机区域以及3D打印机区域与基体融合区域的金属材料性能都能超过锻件拒绝,这就伴随着未来几乎可以使用3D打印机拼成焊接锻件替换整体大锻件。1.2大型锻件缺失修缮大型锻件表面及内部的微克缺失、由于缺料导致的锻件加工余量严重不足等质量问题,都有可能造成锻件的整体出厂,导致极大的经济损失和能源浪费。由于焊的组织的性能高于锻件的组织,因此锻件一般容许补焊,而金属3D打印机技术的经常出现却能转变这一现状。

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目前,金属3D打印机的某些材料性能早已需要超过锻件水平,如果3D打印机的组织与锻件基体的结合能超过锻件拒绝,就可以使用3D打印机技术局部修复大型锻件的缺失区域,从而提升锻件合格率。未来,随着3D打印机技术的提升,类似于大型铸件允许补焊一样,大型锻件也允许3D打印机修缮,这对于大型锻件生产工艺将是革命性的突破。1.3大型零件在线修缮发电机转子、水轮机叶片、船用曲轴等大型零件在用于过程中不会经常出现局部裂纹、磨损及变形等过热问题,传统的补焊方法必须通过机加工→加压→焊→机加工→热处理等流程才能修缮。

修缮工作必须在大型专业设备上展开,但是修缮区域性能高于零件原的组织,减少了修理成本、修理周期,修理效果也不理想。而使用机器人与3D打印机技术相结合包含的便携式可移动金属3D打印机设备能转变这一现状,构建大型零件的现场修缮,甚至在线修缮。机器人金属3D打印机技术修缮大型零件的明确操作步骤是:(1)确认修缮方案,对修缮区域展开预处理;(2)使用三维光学技术对修缮区域展开三维反求建模;(3)将修缮区域三维模型转化成为机械手移动路径;(4)确认3D打印机参数,机械手定位,展开修缮;(5)修缮区域表面处置及检测。


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