3D打印修復(fù)康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)

魔猴君  科技前沿   2658天前

增材制造的好處之一是能減少對(duì)存儲(chǔ)的需求。從最終產(chǎn)品到更換零件到模具制造，3D打印可以使我們?cè)谛枰臅r(shí)間和需要的地點(diǎn)打印出需要的產(chǎn)品，并以非?？斓臅r(shí)間完成定制。不過(guò)，3D打印的另一個(gè)應(yīng)用很容易被忽視，那就是零件的修復(fù)。

最近，能源部橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)與康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)公司合作成功修復(fù)了康明斯的重型發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋。重型康明斯氣缸蓋在道路上長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后磨損，通常這些鑄鐵部件必須用新的鑄件代替，重新鑄造一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋是昂貴且耗費(fèi)時(shí)間的。橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室使用增材制造技術(shù)在受損位置沉積高性能合金，就像醫(yī)生補(bǔ)牙似的，為受損的部位“補(bǔ)”上欠缺的部分。

首先，這個(gè)受損的氣缸蓋損壞的地方很關(guān)鍵，并不是普通的部位，而是燃油噴射通道附近損壞。康明斯通過(guò)常規(guī)的CNC銑削作業(yè)將損壞區(qū)域加工掉，然后將工作轉(zhuǎn)交給橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。然后，研究人員繪制需要加工部分的CAD文件，并使用G代碼對(duì)3D打印機(jī)進(jìn)行預(yù)編程，以便填充的金屬材料可以直接沉積在零件上，而不需要任何其他基板。G代碼被加載到DM3D的定向能量沉積系統(tǒng)，通過(guò)安裝在5軸CNC頭上的噴嘴將金屬粉末送入到需要修復(fù)的區(qū)域上。通過(guò)激光熔化金屬粉末逐層構(gòu)建完全致密的部分。這個(gè)過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)是可用于現(xiàn)有零件的基礎(chǔ)上，使該工藝適用于修補(bǔ)和硬面涂層。

不僅如此，橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室還修改了DM3D的設(shè)備，添加了紅外傳感器來(lái)監(jiān)控溫度，并通過(guò)加熱器在修理/重建過(guò)程中避免鑄鐵內(nèi)部應(yīng)力導(dǎo)致的開(kāi)裂。由于易于破裂，導(dǎo)致鑄鐵極難修復(fù)。橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員在鑄鐵材料中添加了高含量的鎳合金材料來(lái)避免開(kāi)裂和提高部件的熱效率。在增材制造過(guò)程中，沉積的合金與現(xiàn)有鑄鐵結(jié)合。通過(guò)顯微鏡分析顯示出良好的附著力，但修補(bǔ)部件尚未在道路上進(jìn)行測(cè)試。

Niyanth表示，項(xiàng)目的下一步包括測(cè)試兩種材料的粘合性和接口的機(jī)械性能。之后，該團(tuán)隊(duì)將嘗試由康明斯提出的成分略微差異的合金。接下來(lái)的在役測(cè)試將是真正的測(cè)試，將通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)中的的強(qiáng)烈加熱/冷卻循環(huán)進(jìn)行測(cè)試。

這個(gè)有趣的研究顯示了3D打印容易被忽略的潛力：不僅可以更換零件，還可以修復(fù)甚至升級(jí)現(xiàn)有零件。

汽車行業(yè)將從這種應(yīng)用中獲益，經(jīng)銷商甚至第三方維修店可以通過(guò)3D打印維修所需的零件，不僅減少了庫(kù)存的需要，而且降低了訂購(gòu)零件的運(yùn)輸成本和縮短了交貨時(shí)間。