Осаждение связанного металла (BMD) ускоряет производство

Компания John Zink Hamworthy Burning, базирующаяся в г. Талсе, штат Оклахома, изготавливает промышленные котлы и системы очистки воздуха от продуктов сгорания. Но традиционные технологии достигли предела своих возможностей. Поэтому компания обратила внимание на металлическую 3D-печать.

Давайте посмотрим, какие применяются технологии. На настольных полимерных 3D-принтерах (FDM) изготавливаются прототипы, что позволило компании проектировать и тестировать компоненты, а также изготавливать пластиковую оснастку. В прошлом году был приобретен настольный принтер для 3D-печати металлом по технологии Bound Metal Deposition (BMD). Эта система использует осаждение связанного пластиком металлического порошка. После печати пластиковое связующее удаляется в блоке обезжиривания, а затем выполняется спекание металла. Технология BMD позволяет производить детали из нержавеющей стали 17-4 и 316L быстро и с меньшими эксплуатационными расходами, чем принтер DMLS. При этом постобработка минимальна. Но предприятие также заключило контракт с другой компанией на изготовление крупных деталей, не требующих идеальной обработки поверхности, по технологии прямого лазерного спекания металла Direct metal laser sintering (DMLS). 

Учитывая, что каждая заказываемая промышленная система является индивидуальной, способность быстро печатать и тестировать металлические детали оказалась конкурентным преимуществом компании. Большинство уменьшенных в масштабе прототипов изготавливается только для испытаний, а огромные промышленные установки производятся с помощью литья и дальнейшей механической обработки, так как область построения современных 3D-принтеров пока невелика. Но их использование для прототипирования дает выигрыш в полгода по сравнению с конкурентами.

Повышение эффективности работы топливной форсунки

Давайте посмотрим, какой эффект дает сочетание новейших технологий на практике. Недавно компания работала над распылителем топлива для котла танкера, предназначенного для перевозки СПГ из США в Европу. Атомайзер был первоначально разработан для механической обработки, с прямыми отверстиями и простой геометрией, но его производительность оказалась ниже, чем планировалось. Это побудило компанию повысить эффективность за счет улучшения конструкции, при этом пришлось отказаться от технологии механической обработки.

Оригинальный топливный распылитель представляет собой небольшую, но довольно простую механическую стальную деталь. Топливо и воздух смешиваются вместе в его внутренних камерах и вытесняются через круглые каналы. 

Чтобы повысить топливную экономичность распылителя, сначала придумала три различных дизайна, которые были прототипированы с помощью настольной системы Metal Studio, а затем протестированы на месте. Наиболее успешный прототип взяли за основу. Инженеры пришли к решению объединить распылитель с его основанием, чтобы устранить опасность утечки в соединении. Они провели проектирование с помощью моделирования вычислительной гидродинамики (CFD), чтобы сделать каналы максимально тонкими. В итоге распылитель оснащен воздушно-фольговыми ребрами, которые уменьшают общий материал, необходимый в детали, и каналами в форме почек-бобов, геометрию которых невозможно создать без аддитивного производства. Прототип был создан всего за 5 дней и обошелся в $300.

Кстати, топливный распылитель будет производиться помощью технологии DMLS, так как это экономически выгодно при изготовлении больших партий, но осаждение связанного металла (BMD) позволило гораздо быстрее прийти к окончательному дизайну, а также сэкономить время и затраты на первоначальном запуске. С помощью технологии DMLS топливный распылитель изготавливается за 8 дней по цене $1200.

В итоге 3D-печатный топливный распылитель имеет коэффициент поворота 25:1, что на 67% повышает топливную экономичность по сравнению со стандартным изделием, изготовленным механическим способом. Новая конструкция также снизила расход топлива со 120 до 38 кг в час; по оценкам компании, новая конструкция может сэкономить от $90 000 до $160 000 в год на экономии топлива. Новая геометрия и 3D-печать обеспечили эффективность изделия, которой было невозможно добиться любым другим способом. Маленькая деталь дала большую экономию топлива.

Самое сложное в аддитивном производстве – это заставить инженеров освободить свой ум от ограничений, связанных с традиционными технологиями, и дать бесконечную свободу творчеству.

Источник: John Zink Hamworthy Burning