¿Se puede utilizar la impresión 3D de metal para la remanufactura de piezas de equipos industriales?

1. Un avance tecnológico: un salto de "reparación" a "renacimiento"
El principal beneficio de la impresión 3D de metal es que puede fijar diseños geométricos complejos con gran precisión. Por ejemplo, la remanufactura estándar de las cuchillas de la turbina del motor de la aeronave necesita soldadura manual para fijar el daño a la capa de barrera térmica. Este procedimiento puede causar fácilmente la concentración de estrés térmico, y la cuchilla reparada solo puede durar un 60% siempre que el diseño original. Platinum Technology Co., Ltd. utiliza tecnología selectiva de fusión láser (SLM) para imprimir y fijar con éxito los agujeros de enfriamiento de la película de borde de ataque de las palas de la turbina cambiando la intensidad del láser y la ruta de escaneo. Las cuchillas reparadas pasaron por 2000 ciclos térmicos a una temperatura alta de 1150 grados sin grietas ni pelar el recubrimiento. En comparación con los procedimientos anteriores, la vida útil fue 40% más larga y el ciclo de reparación se redujo de 30 días a 72 horas.
Para solucionar el problema de las grietas de fatiga en partes esenciales de altos bogies de riel de velocidad {}}}, CRRC ha creado una tecnología de remanufacturación basada en la fusión del haz de electrones (EBM). Se imprime una estructura de resistencia de gradiente en el sitio de crack obteniendo un modelo digital preciso del área de crack a través del escaneo 3D y combinándolo con el diseño de optimización de topología. Esto le da al área de reparación una resistencia de fatiga del 92% del material base, mientras que la reparación de soldadura tradicional solo puede recuperar el 75%. Este método se ha utilizado para arreglar los bogies de trenes de velocidad CR400AF High
2. Nuevos materiales: pasar de "soltero" a "múltiple"
La capacidad de la impresión 3D de metal para trabajar con diferentes materiales es una gran razón por la que se puede usar en remanufacturación. Para varios contextos operativos de maquinaria industrial, los equipos de investigación y desarrollo han creado una gama de polvos de aleación especializados:
Sistema de aleación para altas temperaturas: GE Aviation ha hecho en 718 níquel - polvo de aleación basado en las cámaras de combustión de los motores Leap. La resistencia de durabilidad de las piezas impresas a 650 grados es mayor o igual a 900 MPa, lo que cumple con los requisitos de altas condiciones de funcionamiento de los motores de aeronaves. Esto es posible porque la distribución del tamaño de partícula de polvo (d 50=45 μ m) y la concentración de oxígeno (<50ppm) are controlled.
Sistema de materiales que no se desgastan: la Universidad de Xi'an Jiaotong realizó el polvo compuesto de aleación duro WC Co para su uso en piezas de desgaste para máquinas mineras. Los dientes de corte de la máquina de túneles hechas con la tecnología de sinterización selectiva (SLS) láser son tres veces más desgaste - piezas resistentes a las falsificadas regulares y tienen una dureza de HRC68. La vida útil es ahora de 12 meses.
Sistema de material liviano: BMW Group emplea polvo de aleación de titanio TI-6Al-4V para hacer la carcasa del motor para el vehículo eléctrico IX3 nuevamente. Al optimizar la topología del diseño, el peso de la vivienda se reduce en un 35%, y la eficiencia de disipación de calor aumenta en un 22%. Esto da como resultado una densidad de potencia motora de 6.8kW/kg, que es la más alta de la industria.
3. Integración del proceso: pasar del "punto único" a la "cadena completa"
La impresión y la remanufacturing de metal moderno han creado una cadena técnica completa que incluye el procesamiento "Post de impresión de modelado de detección -.
Un sistema de detección inteligente: el módulo NX AM de Siemens Industrial Software puede combinar datos de los escáneres láser y la detección de defectos ultrasónicos, crear automáticamente modelos 3D de áreas de falla y lograr una precisión de detección de 0.02 mm, que es 10 veces más precisa que la medición de la mano.
Proceso de impresión adaptativa: el platino BLT - S800 tiene un sistema de colaboración láser multi - que puede cambiar la potencia y la velocidad de los láseres que dependen de la forma de los elementos. Al imprimir un cierto tipo de paleta de guía de turbina de gas, el sistema encuentra automáticamente el delgado - área amurallada (grosor<1mm) and lowers the laser power from 300W to 200W. It also speeds up the scanning from 1000mm/s to 1500mm/s to keep the thin-walled area from changing shape by more than 0.05mm.
Publicación digital - Procesamiento: el método de procesamiento de presión isostática (cadera) de Airbus's Hot Isostatic (HIP) puede hacer que los componentes impresos de SLM sean más densos, que pasa de 99.2% a 99.95%, lo que elimina las fallas en los poros internos. En comparación con las piezas no tratadas, la vida útil de la fatiga de los puntales de tren de aterrizaje A350XWB que se han tratado con cadera son cinco veces más largos y es 98% más larga que las piezas forjadas.
4. Análisis económico: el cambio de "alto costo" a "escala"
A medida que aumenta la tasa de localización del equipo y el costo de los materiales disminuye, la remanufactura de impresión 3D de metal se ha vuelto más económicamente viable y ha ganado una ventaja sobre sus competidores.
Optimización de la estructura de costos: un proyecto de remanufacturación para cierto bloque de cilindro de motor de automóviles muestra que el costo de una sola pieza hecha con el proceso tradicional de forjado y mecanizado es de 1200 yuanes, mientras que el costo de una sola pieza hecha con el proceso de impresión SLM es de 850 yuanes. El costo de los materiales en polvo ha bajado del 60% al 45%, mientras que el costo de la depreciación del equipo y el uso de energía ha bajado del 25% al ​​18%.
Reducción de costos de inventario: Rolls Royce construye un almacén digital impreso 3D - para piezas de repuesto de aviación, reduciendo el valor del inventario global de $ 4.2 mil millones a $ 1.8 mil millones y reduce el tiempo que los aviones de los clientes están fuera de servicio (AOG) de 72 horas a 8 horas. Esto ahorra a las aerolíneas más de $ 500 millones al año en costos operativos.
Efecto de la escala en la producción: el equipo Platinum Blt - W de la serie ARC ADITITIVE (WAAM) Equipo puede hacer piezas estructurales de aviación con un diámetro de 2.5 metros que se moldean juntos. El tiempo que lleva imprimir una sola pieza es 80% menor que con la fabricación de procesos típica de múltiples -}, y la tasa de utilización del material va del 35% al ​​92%. Esto permite producir en masa enormes componentes estructurales que se han remanufacturado.