大型鑄造砂模3D打印機將啟動(dòng)研發(fā)，砂模直徑達9.5米

通用電氣可再生能源（GE Renewable Energy）、弗勞恩霍夫IGCV研究所（Fraunhofer IGCV ）和voxeljet-近日宣布建立研究伙伴關(guān)系，開(kāi)發(fā)大型鑄造砂模3D打印機。該設備將用來(lái)優(yōu)化 GE Haliade-X 海上風(fēng)力發(fā)電機關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)。

據悉，這是一種先進(jìn)的大型鑄造砂模3D打印機，被稱(chēng)為ACC 3D打印機（Advance Casting Cell-ACC 3D Printer）。這一設備的研發(fā)將得到德國聯(lián)邦經(jīng)濟事務(wù)和能源部的財政支持，它將能夠打印單個(gè)重量超過(guò)60公噸的砂模，為GE Haliade-X的機艙[1]提供鑄件，并將砂模的生產(chǎn)時(shí)間從10周以上減少到僅需2周。此外，由于不再需要將大型部件從一個(gè)集中制造點(diǎn)運輸到應用地點(diǎn)，這一3D打印機預計減少產(chǎn)品的碳足跡。

合作伙伴們預計將在2021年第三季度啟動(dòng)該項目，并在2022年第一季度開(kāi)始進(jìn)行初始打印機試驗。



▲圖1 粘結劑噴射的原理，在一個(gè)成型平臺上先鋪設一層粉末，隨后打印頭將粘結劑有選擇性的噴射到所要打印的零件上。然后再鋪設一層粉末，不斷重復上述過(guò)程直到打印出最終的零件或模具。

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大幅減少模具組件數量

該項目涉及開(kāi)發(fā)一款全新的大幅面3D打印機，能夠生產(chǎn)砂模用于鑄造構成海上風(fēng)力發(fā)電機艙的不同形狀和尺寸的高度復雜金屬部件?；趘oxeljet-核心的 "粘結劑噴射 "技術(shù)模塊化3D打印工藝，將能打印直徑為9.5米、重達60噸多的鑄造用砂模。

▲圖2 - ACC打印機將被設計用來(lái)打印風(fēng)力發(fā)電機關(guān)鍵零部件的模具，最大直徑為9.5米，重量為30至60噸。

通用電的高級增材設計工程師Juan Pablo Cilia說(shuō)："3D打印模具將帶來(lái)許多好處，提高鑄件質(zhì)量，包括改善鑄件表面光潔度、提高零件精度和一致性。此外，由于優(yōu)化的設計，砂型粘結劑噴射模型或增材模型可通過(guò)減少加工時(shí)間和其他材料成本來(lái)節約成本。這種前所未有的生產(chǎn)技術(shù)將改變生產(chǎn)效率，允許在高成本國家進(jìn)行本地化生產(chǎn)，這對于希望最大限度地發(fā)揮海上風(fēng)電進(jìn)而帶來(lái)地方經(jīng)濟發(fā)展效益的客戶(hù)來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)鍵的好處。"

弗勞恩霍夫鑄造、復合材料和加工技術(shù)研究所IGCV負責鑄造和材料技術(shù)問(wèn)題，以及工藝過(guò)程數字化監控。"我們正在密切關(guān)注鑄造過(guò)程中的熱管理，我們將評估打印材料的理想比例，"弗勞恩霍夫 IGCV 的成型工藝和成型材料部門(mén)主管 Daniel Günther 博士說(shuō)?！按送?，作為項目的一部分，我們還將開(kāi)發(fā)和新的工藝監測方法”。根據以往的經(jīng)驗，該團隊預計Haliade-X型風(fēng)力發(fā)電機生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境足跡將大大改善?？沙掷m性是弗勞恩霍夫研究所工作的一個(gè)堅定的指導原則。該研究所所長(cháng)Wolfram Volk教授/博士補充說(shuō)："我們的目標是優(yōu)化模具打印，以避免成本極高的誤打印甚至誤澆鑄，節省粘合劑和固化劑，并改善鑄造過(guò)程中的機械和熱行為。通過(guò)開(kāi)發(fā)一種盡可能節約資源的工藝，我們希望幫助改善風(fēng)力發(fā)電機制造中的環(huán)境平衡和成本平衡。"

voxeljet-維捷市場(chǎng)和銷(xiāo)售總監Christian Traeger說(shuō)："2019年我們?yōu)橥ㄓ秒姎獯蛴〉哪＞哂蓭资畟€(gè)單獨的零件組成。有了ACC打印機，我們將致力于大幅減少模具的零件數量。除此之外，模具還可以在功能和材料消耗方面進(jìn)行優(yōu)化。這種優(yōu)化使得全新的鑄造設計成為可能，可以進(jìn)一步提高風(fēng)力發(fā)電機的效率"。

"雖然場(chǎng)外按需3D打印服務(wù)為小批量鑄件制造提供了許多好處，但在現場(chǎng)運行3D打印設備可以最大限度地利用該技術(shù)的潛能。鑒于海上風(fēng)力發(fā)電機的持續增長(cháng)的市場(chǎng)，這將對按時(shí)完成項目進(jìn)度和滿(mǎn)足需求有很大幫助，"voxeljet-維捷首席執行官I(mǎi)ngo Ederer博士補充說(shuō)。"憑借富有成效的粘結劑噴射技術(shù)并結合在大幅面工業(yè)3D打印方面的經(jīng)驗，我們?yōu)殍T造行業(yè)客戶(hù)提供服務(wù)已逾20年。將3D打印帶入真正的工業(yè)制造領(lǐng)域是我們的使命，因此我們非常高興能成為這個(gè)開(kāi)創(chuàng )性項目的成員。"

國際能源署預計，由于成本下降、政府的支持政策和諸如GE Haliade-X海上風(fēng)力發(fā)電機項目的技術(shù)進(jìn)步，到2040年，全球海上風(fēng)能容量將提高15倍，成為一個(gè)1萬(wàn)億美元的產(chǎn)業(yè)[2]。GE已中標歐洲和美國5.7GW的項目，為其提供Haliade-X風(fēng)力發(fā)電機。是海上風(fēng)能工業(yè)委員會(huì )（OWIC）的成員，作為該委員會(huì )的一部分，該委員會(huì )支持旨在提高可持續風(fēng)能生產(chǎn)的各種舉措。

[1] 機艙是風(fēng)力發(fā)電機塔頂的一個(gè)外殼單元，包含其機械部件。