Ένας βασικός κλάδος της κατασκευής προσθέτων, η τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων χρησιμοποιεί ψηφιακά μοντέλα για να κατευθύνει την τήξη και τη στοίβαξη μεταλλικών σκονών στρώμα προς στρώμα για τη δημιουργία στερεών εξαρτημάτων. Μεταξύ των βασικών λειτουργιών του είναι η τήξη με δέσμη ηλεκτρονίων (EBM) και η επιλεκτική τήξη με λέιζερ (SLM). Στο SLM, οι δέσμες λέιζερ υψηλής{3}}ενέργειας χρησιμοποιούνται για την τήξη μεταλλικών σκονών, επιτρέποντας την κατασκευή-ανά{5}}στρώσης σύνθετων δομών μέσω ακριβούς ελέγχου των διαδρομών σάρωσης λέιζερ. Με βάση την προσέγγιση της Siemens Energy, ο κατασκευασμένος καυστήρας αεριοστροβίλου SLM-συνδυάζει 13 συγκολλημένα εξαρτήματα σε μια ενιαία μονάδα, παρατείνοντας σημαντικά τη διάρκεια ζωής και την αξιοπιστία του εξαρτήματος.
Υπάρχουν τρία βασικά πλεονεκτήματα αυτής της τεχνολογίας: πρώτον, χρησιμοποιεί περισσότερο από το 95% του υλικού, το οποίο είναι πολύ καλύτερο από το 60%-70% που χρησιμοποιείται στις συνήθεις μεθόδους χύτευσης. Δεύτερον, μπορεί να δημιουργήσει πολύπλοκα σχήματα που είναι δύσκολο να γίνουν με παραδοσιακές μεθόδους, όπως μοτίβα κηρήθρας για ψύξη στις κυλινδροκεφαλές κινητήρα. και τρίτον, βελτιστοποιώντας τη σχεδίαση, τα εξαρτήματα μπορούν να γίνουν 30%-70% ελαφρύτερα, ενώ είναι ακόμα ανθεκτικά. Χρησιμοποιώντας μεταλλική τρισδιάστατη εκτύπωση, η έρευνα της Siemens Energy έδειξε ότι το βάρος των κυλινδροκεφαλών μειώθηκε από 5095 γραμμάρια σε 1755 γραμμάρια, με αποτέλεσμα να μειωθεί κατά 65% ο όγκος και να αυξηθεί κατά 40% η απόδοση της απαγωγής θερμότητας.
Μέσω της Materials Solutions, η Siemens Energy έχει αναπτύξει ένα σύστημα κατασκευής που καλύπτει ενενήντα βιομηχανικούς μεταλλικούς τρισδιάστατους εκτυπωτές. Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία SLM, τα πτερύγια των αεριοστροβίλων που κατασκευάζονται έχουν σχεδιαστεί για να βελτιώνουν τη ροή αέρα στο εσωτερικό τους μιμούμενοι τη φύση, γεγονός που βοηθά στην πιο αποτελεσματική καύση του καυσίμου και μειώνει την ανάγκη για ψύξη αέρα. Η τεχνολογική καινοτομία έγκειται στην καινοτομία των υλικών: η δημιουργία σκονών κραμάτων με βάση το νικέλιο-κατάλληλες για συνθήκες υψηλής{{4} θερμοκρασίας, οι οποίες μπορούν να διατηρήσουν διάρκεια ζωής 100.000 ωρών στους 650 βαθμούς .
Η προσαρμοσμένη κατασκευή φλας λεπίδων έχει επιτευχθεί μέσω της τεχνολογίας τρισδιάστατης εκτύπωσης μετάλλων για την αντιμετώπιση των προκλήσεων της συμβατικής παραγωγής λεπίδων, η οποία βασίζεται σε καλούπια και συνεπάγεται υψηλό κόστος. Ο σχεδιασμός τοπολογικής βελτιστοποίησης μείωσε το βάρος του αλεξικέραυνου κατά σαράντα τοις εκατό και τριπλασίασε την απόδοση εγκατάστασης. Αυτή η τεχνολογία μπορεί να μειώσει το κόστος συντήρησης κατά 20% και να βελτιώσει σημαντικά τη συνολική οικονομία διάρκειας ζωής του εξοπλισμού παραγωγής ενέργειας-στο πλαίσιο της υπεράκτιας αιολικής ενέργειας.
Η τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων έχει λύσει το δύσκολο ζήτημα της κατεργασίας μικροκαναλιών που είναι δύσκολο να επιτευχθεί με τις συμβατικές μεθόδους στην εξέλιξη των κινητήρων μικροτουρμπίνας. UΓια παράδειγμα, για έναν στρόβιλο με ψύξη 50 mm,-το πάχος του τοιχώματος του καναλιού ψύξης που παράγεται από την τρισδιάστατη εκτύπωση είναι μόλις 0,3 mm, βελτιώνοντας επομένως την απόδοση ψύξης κατά 50% και επιτυγχάνοντας πυκνότητα ισχύος τρεις φορές μεγαλύτερη από ό,τι στα συμβατικά σχέδια.
Οι τρεις διαστάσεις αντικατοπτρίζουν την τρι-τιμή εφαρμογής της μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης στον ενεργειακό τομέα:
Σύμφωνα με τις πρακτικές της Siemens Energy, η χρήση εξοπλισμού έχει αυξηθεί κατά 200%, ενώ ο κύκλος παραγωγής για εξαρτήματα καυστήρα που κατασκευάζονται με τρισδιάστατη εκτύπωση μειώθηκε από 12 εβδομάδες σε συμβατικές μεθόδους σε 4 εβδομάδες. Η προσαρμοσμένη παραγωγή φλας με λεπίδες μείωσε τον κύκλο παράδοσης από 60 ημέρες σε μόλις 7 ημέρες στον τομέα παραγωγής αιολικής ενέργειας, καλύπτοντας έτσι τη ζήτηση για γρήγορες απαντήσεις στην αγορά.
Η άμεση μείωση του DA στο κόστος κατασκευής προκύπτει από τη βελτιωμένη χρήση των υλικών. Χρησιμοποιώντας πτερύγια αεριοστροβίλου ως παράδειγμα, οι συμβατικές τεχνικές χύτευσης σπαταλούν έως και 30% των υλικών, ενώ η τρισδιάστατη εκτύπωση έχει ως αποτέλεσμα μόνο 5% απώλεια υλικών υποστήριξης. Στον τομέα της λειτουργίας και συντήρησης ενεργειακού εξοπλισμού, η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης μείωσε τους χρόνους απόκρισης συντήρησης εντός 24 ωρών και μείωσε το κόστος αποθεμάτων ανταλλακτικών κατά 40%.
Ο σχεδιασμός βελτιστοποίησης τοπολογίας αυξάνει την περιοχή απαγωγής θερμότητας της κυλινδροκεφαλής του κινητήρα κατά 80%, με αποτέλεσμα τη μείωση του βάρους κατά 66%. Στον τομέα του εξοπλισμού μικροενέργειας, η τεχνολογία τρισδιάστατης εκτύπωσης έχει επιτύχει ακριβή κατασκευή μικροκαναλιών σε επίπεδο 0,1 mm, παρέχοντας έτσι ευκαιρίες για καινοτόμο σχεδιασμό βασικών εξαρτημάτων, όπως οι διπολικές πλάκες κυψελών καυσίμου.
Παρά τα μεγάλα τεχνολογικά οφέλη, η χρήση της μεταλλικής τρισδιάστατης εκτύπωσης στον ενεργειακό τομέα εξακολουθεί να παρουσιάζει τρεις κύριες δυσκολίες.
Η περιορισμένη χρήση τρεχουσών μεταλλικών σκονών σε εξαρτήματα υψηλής-πίεσης οφείλεται στο ότι η αντοχή τους σε κόπωση είναι 15% έως 20% χαμηλότερη από εκείνη των βιομηχανικών υλικών. Το κλειδί για την πρόοδο είναι η ανάπτυξη νέων τύπων κραμάτων, όπως τα ειδικά κράματα τιτανίου που κατασκευάζονται με την κατασκευή πρόσθετων λέιζερ, που μπορούν να επιτύχουν αντοχή διαρροής 900 MPa ή περισσότερο.
Η βελτιστοποίηση της διαδικασίας πρέπει ακόμη να ξεπεράσει την απόκλιση διαστάσεων που προκαλείται από τη θερμική παραμόρφωση. Χρησιμοποιώντας πολυ-τεχνολογία προσομοίωσης φυσικής, η Siemens Energy διαχειρίζεται την ακρίβεια διαστάσεων των κυλινδροκεφαλών εντός ± 0,05 mm, η οποία είναι 50% πιο ακριβής από ό,τι επιτρέπουν οι συμβατικές μέθοδοι.
Δεν υπάρχει βιομηχανική πιστοποίηση για τα τρισδιάστατα-εκτυπωμένα εξαρτήματα του ενεργειακού εξοπλισμού. Η δημιουργία ενός ολοκληρωμένου συστήματος προτύπων διαδικασίας που περιλαμβάνει υλικά, διαδικασίες και δοκιμές αποτελεί μέρος της τρέχουσας πρωτοποριακής πορείας. Για τα μεταλλικά εξαρτήματα που εκτυπώνονται σε 3D-για παράδειγμα, το γερμανικό πρότυπο VDI 3405 έχει τυποποιήσει τις διαδικασίες δοκιμής απόδοσης κόπωσης.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-εκτύπωση-κράμα τιτανίου--parts-in-medical.html