Vlastní oběžná kola pro drsná prostředí pomocí 3D tisku

Úvod: Revoluce ve výkonu čerpadel s 3D tištěnými oběžnými koly na zakázku

Srdce každého odstředivého čerpadla, oběžné kolo, hraje klíčovou roli při přenosu energie a pohybu kapaliny. Jeho složitá konstrukce určuje účinnost, výtlak, průtok a celkovou provozní spolehlivost čerpadla. V mnoha průmyslových odvětvích - od závodů na zpracování chemikálií, které pracují s agresivními médii, přes mořské plošiny bojující s korozivní mořskou vodou až po zařízení na výrobu energie vyžadující neochvějný výkon - čelí oběžná kola neúprosným výzvám. Drsná prostředí charakterizovaná extrémními teplotami, vysokými tlaky, abrazivními částicemi a korozivními kapalinami neustále ohrožují integritu oběžných kol, což vede ke snížení výkonu, nákladným odstávkám a potenciálnímu selhání systému.

Tradičně se při výrobě oběžných kol, zejména těch se složitou geometrií nebo vyžadujících speciální slitiny, používalo odlévání s následným rozsáhlým obráběním nebo přímé obrábění ze sochoru. Tyto metody jsou sice efektivní pro hromadnou výrobu standardních konstrukcí, ale představují značná omezení při řešení:

• Složité geometrie: Dosažení optimální hydraulické účinnosti často vyžaduje složité zakřivení lopatek, různé tloušťky a případně vnitřní kanály, které je obtížné nebo nemožné odlít nebo opracovat.
• Specializované materiály: Odlévání některých vysoce výkonných slitin, jako jsou superslitiny na bázi niklu nebo specifické třídy mědi a niklu, může být náročné a nákladné, což omezuje výběr materiálu.
• Dodací lhůty a náklady na nástroje: Vytváření forem pro odlévání vyžaduje značné počáteční investice a dlouhé dodací lhůty, což je pro nízké objemy, zakázková nebo prototypová oběžná kola neekonomické. Obrábění složitých tvarů z exotických materiálů je časově náročné a vytváří značný materiálový odpad.
• Iterace návrhu: Úprava návrhu vyžaduje nové nástroje nebo rozsáhlé přeprogramování, což brání rychlému prototypování a optimalizačním cyklům.

Vstupte 3D tisk z kovu, známé také jako aditivní výroba (AM). Tato transformační technologie vytváří komponenty vrstvu po vrstvě přímo z digitálních modelů pomocí vysoce výkonných kovových prášků. Pro oběžná kola čerpadel pracujících v drsných podmínkách nabízí kovová AM změnu paradigmatu, protože umožňuje výrobu vysoce přizpůsobených, výkonově optimalizovaných součástí z pokročilých materiálů, s nimiž se dříve obtížně pracovalo. Obchází omezení tradiční výroby a odemyká nové možnosti v oblasti konstrukce, účinnosti a spolehlivosti čerpadel.

Firmy jako Met3dp, lídr v oblasti řešení aditivní výroby, stojí v čele této revoluce. Specializují se na vyspělé kovové 3D tisk a vysoce výkonných sférických kovových prášků, umožňuje Met3dp průmyslovým odvětvím využívat AM pro náročné aplikace, včetně výroby robustních, zakázkových oběžných kol navržených tak, aby zvládla i ty nejnáročnější provozní podmínky. Tato technologie není jen o nahrazení starých metod, ale o zásadním přehodnocení způsobu navrhování, výroby a nasazení kritických součástí, jako jsou oběžná kola.

K čemu se používají oběžná kola čerpadel vytištěná na 3D tiskárně? Klíčové aplikace a odvětví

Všestrannost a výhody aditivní výroby kovů umožňují 3D tištěným oběžným kolům přinášet významnou hodnotu v různých náročných odvětvích a aplikacích. Schopnost vytvářet složité geometrie ze specializovaných, vysoce výkonných slitin z nich činí ideální řešení tam, kde standardní oběžná kola z hotových výrobků nedostačují nebo kde přizpůsobení nabízí výraznou výhodu v oblasti výkonu nebo životnosti. Manažeři nákupu a inženýři v těchto odvětvích se stále častěji obracejí na dodavatele kovových AM pro zakázkovou výrobu oběžných kol a velkoobchodní řešení dílů pro čerpadla.

Zde je přehled klíčových aplikací a průmyslových odvětví, která využívají 3D tištěná oběžná kola čerpadel:

1. Chemické zpracování:

• Výzva: Manipulace s vysoce korozivními kyselinami, zásadami, rozpouštědly a těkavými organickými sloučeninami (VOC) při různých teplotách a tlacích. Kompatibilita materiálů je nejdůležitější, aby se zabránilo vyluhování, kontaminaci a rychlé degradaci.
• Řešení AM: 3D tisk umožňuje použití vysoce korozivzdorných slitin, jako je niklová slitina IN625, Hastelloys nebo specializované nerezové oceli. Lze realizovat složité konstrukce oběžných kol optimalizované pro specifické viskozity kapalin nebo požadavky na míchání, což zvyšuje účinnost a bezpečnost procesu. Vlastní konstrukce mohou minimalizovat smyk u citlivých kapalin nebo maximalizovat turbulenci pro účinné míchání.
  • Příklady: Reaktory, míchadla, přečerpávací čerpadla pro agresivní chemikálie.

2. Námořní a pobřežní doprava:

• Výzva: Stálé vystavení korozivní slané vodě, možnost biologického znečištění a náročné provozní požadavky na pohonné, zátěžové, chladicí a protipožární systémy. Spolehlivost na odlehlých místech na moři je kritická.
• Řešení AM: Slitiny mědi a niklu, jako je CuNi30Mn1Fe, známé svou vynikající odolností vůči korozi mořskou vodou a biologickému znečištění, lze účinně zpracovávat pomocí AM. Optimalizované konstrukce oběžných kol mohou zvýšit účinnost pohonu nebo výkon čerpadla v omezených prostorech. Rychlá výroba náhradních oběžných kol minimalizuje prostoje kritických systémů plavidel nebo plošin.
  • Příklady: Čerpadla pro zdvihání mořské vody, čerpadla chladicí vody, požární čerpadla, součásti trysek, balastní čerpadla.

3. Ropa a zemní plyn (Upstream, Midstream, Downstream):

• Výzva: Manipulace s abrazivními suspenzemi (písek, horninové částice), korozivním kyselým plynem (H2S), vysokými teplotami, vysokými tlaky a různým složením kapaliny. Hlavními problémy jsou eroze, koroze a opotřebení.
• Výzva: Manipulace s abrazivními suspenzemi (písek, horninové částice), korozivním kyselým plynem (H₂S), vysokými teplotami, vysokými tlaky a různým složením kapaliny. Hlavními problémy jsou eroze, koroze a opotřebení.
• Řešení AM: Lze použít materiály odolné proti opotřebení a tvrdé slitiny. Složité geometrie přizpůsobené specifickým podmínkám proudění (např. vícefázové proudění) mohou zvýšit účinnost a snížit erozi. Optimalizací topologie lze vytvořit pevnější a lehčí oběžná kola pro náročné aplikace v hlubinných nebo podmořských vrtech. Tisk na vyžádání usnadňuje rychlou výměnu opotřebovaných součástí ve vzdálených nebo kritických provozech.
  • Příklady: Vícestupňová odstředivá čerpadla pro umělé zdvihání, posilovací čerpadla pro potrubí, kalová čerpadla, procesní čerpadla v rafineriích, podmořské čerpací systémy.

4. Výroba energie:

• Výzva: Zajištění vysoké účinnosti a mimořádné spolehlivosti čerpadel napájecí vody pro kotle, systémů chladicí vody a čerpadel pro odvod kondenzátu, která často pracují při vysokých teplotách a tlacích. Minimalizace kavitace a maximalizace hydraulického výkonu mají zásadní význam pro celkovou účinnost zařízení.
• Řešení AM: AM umožňuje jemné vyladění konstrukce oběžného kola (úhly lopatek, povrchová úprava) pro dosažení maximální hydraulické účinnosti. Pro náročné aplikace lze použít slitiny odolné proti vysokým teplotám a tečení. Lze integrovat složité vnitřní chladicí nebo recirkulační kanály pro řízení teploty nebo prevenci kavitace, což jsou konstrukce často nemožné při odlévání.
  • Příklady: Čerpadla na napájecí vodu kotlů, čerpadla na odtah kondenzátu, čerpadla na pomocné chlazení, kalová čerpadla na odsíření spalin (FGD).

5. Čištění vody a odpadních vod:

• Výzva: Manipulace s velkými objemy vody, které často obsahují suspendované látky, abrazivní písek a potenciálně korozivní chemikálie pro úpravu. Energetická účinnost je významným faktorem provozních nákladů.
• Řešení AM: Konstrukce oběžného kola na míru lze optimalizovat pro konkrétní průtoky a požadavky na výšku, čímž se maximalizuje energetická účinnost. Materiály odolné proti otěru prodlužují životnost oběžného kola při práci s pískem nebo kalem. Rychlé prototypování umožňuje testovat různé konstrukce a najít nejúčinnější řešení pro konkrétní stupeň čištění.
  • Příklady: Přítoková/odtoková čerpadla, kalová čerpadla, čerpadla pro zpětný proplach, čerpadla pro dávkování chemikálií.

6. Letectví a obrana:

• Výzva: Přísné požadavky na lehké komponenty, vysoký výkon, extrémní provozní teploty (kryogenní paliva, horký plyn) a sledovatelnost materiálů. Mezi aplikace patří palivová čerpadla, hydraulické systémy a tepelný management.
• Řešení AM: Optimalizace topologie umožněná technologií AM vytváří lehké a zároveň pevné konstrukce oběžných kol, které jsou pro letecký průmysl klíčové. Lze zpracovávat pokročilé materiály, jako jsou titanové slitiny a niklové superslitiny. Lze vyrábět složité, vysoce účinné mikrooběžné kolo pro specializované kapalinové systémy. Konsolidace dílů snižuje počet součástí a potenciálních míst poruch.
  • Příklady: Turbočerpadla raketových motorů, palivová čerpadla letadel, čerpadla hydraulických systémů, oběhová čerpadla chladicí kapaliny.

7. Průmyslová výroba & Všeobecné strojírenství:

• Výzva: Široká škála čerpacích potřeb, od chlazení obráběcích strojů po přenos procesních kapalin a hydraulické agregáty. Potřeba spolehlivých, často na míru šitých řešení, někdy v malých objemech pro specializované stroje.
• Řešení AM: Poskytuje nákladově efektivní způsob výroby zakázkových nebo zastaralých oběžných kol bez vysokých nákladů na nástroje. Umožňuje rychlou tvorbu prototypů pro nové konstrukce strojů. Umožňuje přizpůsobit výkon oběžného kola specifickým procesním požadavkům, čímž zvyšuje celkovou účinnost systému pro B2B klienty, kteří potřebují specializované zařízení.
  • Příklady: Chladicí čerpadla, hydraulická čerpadla, procesní čerpadla pro potravinářství/farmacii (vyžadující specifické materiály/povrchovou úpravu), specializovaná čerpadla pro zkušební zařízení.

Tabulka: Výzvy v odvětví & řešení oběžných kol AM

Průmysl	Společné výzvy	Jak pomáhají 3D tištěná oběžná kola	Potenciální materiály (příklady)
Chemické zpracování	Extrémní koroze, specifické požadavky na mísení	Použití odolných slitin (IN625, Hastelloy), komplexní geometrie pro přizpůsobení toku, zvýšená bezpečnost díky integritě materiálu.	IN625, nerezové oceli (316L)
Marine & amp; Offshore	Koroze ve slané vodě, biologické zanášení, spolehlivost	Vynikající slitiny pro lodě (CuNi), optimalizované konstrukce pro efektivitu, rychlá výroba náhradních dílů.	CuNi30Mn1Fe, Duplex SS
Ropa a plyn	Oděr, koroze (H₂S), vysoký tlak/teplota	Materiály odolné proti opotřebení, konstrukce optimalizované pro vícefázové proudění/odolnost proti erozi, optimalizace topologie pro pevnost.	IN625, nástrojové oceli, Ti6Al4V
Výroba elektřiny	Vysoká účinnost, spolehlivost, vysoká teplota/tlak	Vyladěná hydraulika, vysokoteplotní slitiny, složité vnitřní prvky (chladicí kanály) pro výkon/životnost.	Nerezové oceli, IN625, IN718
Voda a odpadní vody	Oděr, objemová průchodnost, energetická účinnost	Materiály odolné proti oděru, vlastní konstrukce optimalizované pro efektivitu, rychlé prototypování pro testování výkonu.	Nerezové oceli, Duplex SS
Letectví a obrana	Odlehčení, vysoký výkon, extrémní teploty	Optimalizace topologie, pokročilé slitiny (Ti, Ni-superslitiny), složité mikrodesigny, konsolidace dílů.	Ti6Al4V, IN718, AlSi10Mg
Průmyslové/všeobecné	Potřeby přizpůsobení, nízký objem, zastaralé díly	Výroba bez nástrojů, rychlá výroba prototypů, nákladově efektivní řešení na zakázku, podpora reverzního inženýrství.	Různé (SS, nástrojová ocel atd.)

Export do archů

Využitím technologie AM pro zpracování kovů si mohou společnosti pořídit oběžná kola speciálně navržená pro jejich jedinečné provozní prostředí, čímž překonají omezení standardních dílů a dosáhnou vynikajícího výkonu, dlouhé životnosti a celkové hodnoty systému.

Proč používat 3D tisk z kovu pro vlastní oběžná kola? Uvolnění svobody designu a výkonu

Tradiční výrobní metody, jako je odlévání a obrábění, sice sloužily čerpadlářskému průmyslu po desetiletí, ale ze své podstaty mají svá omezení, zejména pokud čelí rostoucím požadavkům na vyšší účinnost, výkonnost materiálů a přizpůsobení v náročných podmínkách. Aditivní výroba kovů tato omezení zásadně narušuje a nabízí přesvědčivé výhody pro inženýry a manažery nákupu, kteří hledají špičková řešení oběžných kol. Rozhodnutí využít pro výrobu oběžných kol na zakázku metodu AM s využitím kovů často vychází z její schopnosti splnit aspekty, ve kterých konvenční metody selhávají:

1. Bezkonkurenční volnost designu:

• Složité geometrie: AM vyniká při vytváření složitých tvarů, které je obtížné nebo nemožné dosáhnout odléváním nebo obráběním. Patří sem:
  • Optimalizované profily čepelí: Vysoce komplexní, plynule se měnící zakřivení a zkroucené konstrukce lopatek pro maximální hydraulickou účinnost a specifické výkonové křivky (např. nízký NPSHr).
  • Tenké stěny & amp; Jemné funkce: Přesně kontrolovaná tloušťka stěny a ostré odtokové hrany minimalizují odpor proudění.
  • Interní kanály: Integrace vnitřních chladicích kanálů (pro vysokoteplotní aplikace), recirkulačních cest (pro zmírnění kavitace) nebo dutých struktur (pro snížení hmotnosti) přímo do těla oběžného kola.
• Optimalizace topologie: Softwarové algoritmy mohou optimalizovat rozložení materiálu v rámci definovaného konstrukčního prostoru, odstraňovat nepotřebný materiál při zachování nebo zvýšení pevnosti a tuhosti. To vede ke snížení hmotnosti oběžných kol, snížení rotační hmotnosti, zatížení ložisek a případně i vibrací, což je zásadní u vysokorychlostních nebo leteckých aplikací.
• Konsolidace částí: Složité sestavy, které se mohou skládat z více tradičně vyráběných součástí (např. tělo oběžného kola, samostatný induktor, opotřebitelné kroužky), lze někdy přepracovat a vytisknout jako jediný monolitický díl. Tím se zkrátí doba montáže, eliminují se potenciální cesty úniku nebo místa poruch ve spojích a zjednoduší se správa zásob.

2. Pružnost a výkonnost materiálu:

• Přístup k pokročilým slitinám: Procesy AM, zejména techniky tavení v práškovém loži, jako je selektivní laserové tavení (SLM), přímé laserové spékání kovů (DMLS) a tavení elektronovým svazkem (EBM, např. systémy Met3dp’s SEBM), mohou ve srovnání s odléváním účinně zpracovávat širší škálu vysoce výkonných slitin. Patří sem:
  • Superslitiny na bázi niklu (např. IN625, IN718) pro vysokou teplotní a korozní odolnost.
  • Slitiny mědi a niklu (např. CuNi30Mn1Fe) pro mořské prostředí.
  • Slitiny titanu pro vysoký poměr pevnosti a hmotnosti a odolnost proti korozi.
  • Nástrojové oceli pro mimořádnou odolnost proti opotřebení.
  • Specializované nerezové oceli (duplexní, super austenitické).
• Optimalizované mikrostruktury: Rychlé tuhnutí, které je vlastní mnoha procesům AM, může vést k jemnozrnné mikrostruktuře, která potenciálně nabízí lepší mechanické vlastnosti ve srovnání s konvenčně odlévanými díly, pokud jsou správně kontrolovány parametry procesu a je použito vhodné následné zpracování (např. tepelné zpracování nebo HIP).

3. Rychlost a obratnost:

• Rychlé prototypování: Výroba funkčních prototypů oběžných kol přímo z dat CAD může trvat několik dní namísto týdnů nebo měsíců potřebných pro výrobu nástrojů a odlitků. To umožňuje inženýrským týmům rychle otestovat několik iterací návrhu, provést hydraulické zkoušky a mnohem rychleji dospět k optimalizovanému řešení.
• Zkrácení dodacích lhůt při nízkých objemech: U malých výrobních sérií nebo jednorázových oběžných kol na zakázku odpadá díky AM nutnost nákladného a časově náročného nastavení nástrojů. Výroba může začít téměř okamžitě po dokončení návrhu, což výrazně zkracuje dodací lhůty ve srovnání s odléváním. To má zásadní význam pro naléhavé výměny nebo specializované zakázky na zařízení.
• Výroba na vyžádání & Digitální zásoby: Návrhy oběžných kol lze ukládat digitálně a tisknout podle potřeby. To usnadňuje strategii “náhradních dílů na vyžádání&#8221, snižuje náklady na fyzické skladování a skladovací prostory, což je zvláště cenné u zastaralých nebo zřídka potřebných oběžných kol.

4. Ekonomické výhody (v konkrétních scénářích):

• Eliminace nákladů na nástroje: Zcela se tak vyhnete značným počátečním investicím do forem nebo zápustek potřebných pro odlévání. Díky tomu je AM vysoce nákladově efektivní pro výrobu prototypů, zakázkové konstrukce a nízkoobjemové výrobní série, kde amortizace nástrojů není proveditelná.
• Snížení množství materiálového odpadu: Na rozdíl od subtraktivního obrábění, které začíná s pevným blokem a odebírá materiál, AM vytváří díly vrstvu po vrstvě a používá pouze materiál potřebný pro díl a jeho podpůrné struktury. Přestože část prášku není recyklovatelná nebo vyžaduje úpravu, odpad je obecně mnohem nižší než při obrábění složitých tvarů z drahých polotovarů.
• Nákladově efektivní složitost: V tradiční výrobě se složitost často rovná výrazně vyšším nákladům (více kroků obrábění, složité formy). U AM se náklady řídí spíše objemem dílu a dobou sestavení než geometrickou složitostí. Proto lze složité, vysoce optimalizované konstrukce často vyrábět pomocí AM hospodárněji než rozsáhlým víceosým obráběním.

Srovnávací tabulka: AM vs. tradiční výroba pro oběžná kola

Vlastnosti	Výroba aditiv kovů (AM)	Tradiční casting	Tradiční obrábění (ze sochoru)
Složitost návrhu	Velmi vysoká (komplexní křivky, vnitřní kanály, volitelná topologie)	Mírná (omezená tvorbou plísní/stahováním)	Vysoká (ale interní funkce jsou obtížné/nákladné)
Možnosti materiálu	Široký sortiment (včetně obtížně odlévatelných/obrobitelných slitin)	Středně těžká (omezená obsaditelnost)	Široký rozsah (ale omezený možností obrábění)
Náklady na nástroje	Žádný	Vysoký (plísně/mrtvoly)	Nízká (přípravky, standardní nástroje)
Doba realizace (prototyp)	Velmi rychle (dny)	Pomalé (týdny/měsíce na výrobu nástrojů)	Středně pomalý (v závislosti na složitosti)
Dodací lhůta (nízký objem)	Rychle	Pomalé (výroba nástrojů + výroba)	Středně pomalý
Materiálový odpad	Nízká (možnost recyklace prášku)	Středně těžké (brány, stoupačky)	Vysoká (čipy)
Konsolidace částí	Vynikající potenciál	Omezený	Omezený
Hnací síla nákladů	Objem dílu, doba sestavení, materiál	Nástroje, materiál, práce	Materiál, strojový čas, složitost
Best Fit	Prototypy, návrhy na zakázku, nízké a střední objemy, složité díly, Adv. Mat.	Velký objem, standardní provedení, litá podložka.	Vysoce přesné funkce, jednodušší geometrie

Export do archů

Při pečlivém zvážení těchto výhod mohou inženýři a specialisté na nákupy identifikovat aplikace, kde využití kovového 3D tisku poskytuje jasnou technickou a obchodní výhodu při výrobě vysoce výkonných oběžných kol na zakázku, vhodných pro nejnáročnější provozní prostředí. Spolupráce se zkušenými poskytovateli AM služeb, jako je např Met3dp, kteří mají odborné znalosti v oblasti pokročilých tiskových technologií i materiálových věd, je klíčem k uvolnění tohoto potenciálu.

Doporučené materiály pro drsné prostředí: IN625 a CuNi30Mn1Fe prozkoumány

Výběr správného materiálu je pravděpodobně nejdůležitějším rozhodnutím při návrhu oběžných kol čerpadel pro drsné prostředí. Materiál musí odolávat specifické kombinaci korozivních médií, teploty, tlaku a možných mechanismů opotřebení, které se v dané aplikaci vyskytují. Aditivní výroba kovů otevírá dveře k použití vysoce výkonných slitin, jejichž tvarování tradičními metodami by mohlo být náročné nebo nákladově neúnosné. Pro náročné aplikace, s nimiž se často setkáváme v odvětvích chemického zpracování, námořní dopravy a těžby ropy a zemního plynu, jsou dva význační kandidáti, které lze snadno zpracovat pomocí AM, následující Slitina niklu 625 (IN625) a Slitina mědi a niklu CuNi30Mn1Fe (často označovaná UNS C96800 nebo podobnými námořními třídami).

Přední dodavatelé kovových prášků, jako např Met3dp, využívají pokročilé výrobní techniky, jako je vakuová indukční atomizace tavicím plynem (VIGA) a plazmový proces s rotujícími elektrodami (PREP). Tyto metody produkují vysoce sférické kovové prášky s vynikající tekutostí, řízenou distribucí velikosti částic a vysokou čistotou - což jsou vlastnosti nezbytné pro dosažení hustých komponent bez defektů s konzistentními vlastnostmi v procesech AM s tavením v práškovém loži. Kvalita vstupního prášku přímo ovlivňuje mechanickou integritu a výkonnost finálního dílu.

Pojďme se podívat, proč jsou IN625 a CuNi30Mn1Fe vynikající volbou pro 3D tištěná oběžná kola v drsném prostředí:

1. Niklová slitina 625 (IN625 / UNS N06625)

IN625 je nemagnetická, korozivzdorná a oxidačně odolná superslitina na bázi niklu. Její vynikající pevnost a houževnatost od kryogenních teplot až do přibližně 816 °C (1500 °F) jsou odvozeny především z posilujících účinků niobu a molybdenu v pevném roztoku v nikl-chromové matrici.

• Klíčové vlastnosti a výhody oběžných kol:
  • Výjimečná odolnost proti korozi: IN625 vykazuje vynikající odolnost vůči široké škále korozivních prostředí, včetně:
    • Důlková a štěrbinová koroze v prostředích obsahujících chloridy (např. mořská voda, solanky).
    • Prostředí kyselých plynů (H₂S, CO₂, chloridy), které se vyskytují při těžbě ropy a zemního plynu.
    • Kyseliny, a to jak oxidační (kyselina dusičná), tak redukční (kyselina sírová, fosforečná, chlorovodíková).
    • Alkálie.
    • Vysoké číslo PREN (Pitting Resistance Equivalent Number, obvykle > 30) vyjadřuje jeho vynikající odolnost proti lokální korozi.
  • Vysoká pevnost a odolnost: Zachovává si značnou pevnost a houževnatost v širokém rozsahu teplot, odolává deformaci a lomu při vysokém tlaku nebo namáhání.
  • Vynikající únavová pevnost: Odolává cyklickému zatížení, což je důležité pro rotující součásti, jako jsou oběžná kola.
  • Dobrá svařitelnost / tisknutelnost: Obecně se považují za snadno zpracovatelné metodami tavení práškového lože pomocí laseru a elektronového paprsku, což umožňuje úspěšně vytvářet složité geometrie oběžných kol.
  • Odolnost vůči chlorid-iontovému koroznímu praskání: Klíčový význam v námořních a chemických aplikacích.
• Typické aplikace pro 3D tištěná oběžná kola IN625:
  • Čerpadla pro chemické zpracování, která pracují s agresivními kyselinami nebo roztoky chloridů.
  • Ropné a plynové komponenty vystavené působení kyselých plynů nebo vysokoteplotních korozivních kapalin.
  • Vysoce výkonná lodní čerpadla vyžadující vynikající odolnost proti korozi a pevnost.
  • Palivová a hydraulická čerpadla pro letecký průmysl pracující při zvýšených teplotách.
  • Součásti pro výrobu energie v korozivních systémech spalin nebo vysoce čisté vody.

Tabulka: Typické vlastnosti aditivně vyráběného IN625 (tepelně zpracovaného)

Vlastnictví	Typický rozsah hodnot	Význam pro oběžná kola
Chemické složení (%)
nikl (Ni)	58,0 min	Základní prvek, zajišťuje houževnatost a odolnost proti korozi
Chrom (Cr)	20.0 – 23.0	Kritické pro oxidaci a obecnou odolnost proti korozi
molybden (Mo)	8.0 – 10.0	Zvyšuje odolnost proti korozi v důlcích/vrtech, pevnost pevného roztoku
Niob (Nb) (+Ta)	3.15 – 4.15	Primární zpevňující prvek, zvyšuje odolnost proti tečení
železo (Fe)	5,0 max	Často se vyskytuje jako rovnováha
Mechanické vlastnosti (RT)
Maximální pevnost v tahu	830 – 1050 MPa (120 – 152 ksi)	Odolnost proti porušení při zatížení v tahu
Mez kluzu (posun 0,2%)	415 – 700 MPa (60 – 102 ksi)	Napětí potřebné k vyvolání trvalé deformace
Prodloužení po přetržení	30 – 50%	Tažnost, schopnost deformace před zlomením
Tvrdost	~20-30 HRC / ~220-300 HV	Odolnost proti vtisku a poškrábání (může ovlivnit opotřebení)
Fyzikální vlastnosti
Hustota	~8,44 g/cm³ (0,305 lb/in³)	Ovlivňuje rotační hmotnost a setrvačnost
Maximální provozní teplota (přibližně)	~816°C (1500°F)	Vhodnost pro manipulaci s vysokoteplotními kapalinami

Export do archů

(Poznámka: Vlastnosti jsou přibližné a do značné míry závisí na parametrech procesu AM, orientaci konstrukce, tepelném zpracování a na tom, zda je použita technologie HIP.) Garantovaná minima vždy naleznete v datových listech konkrétních materiálů od dodavatelů, jako je Met3dp).

2. Slitina mědi a niklu CuNi30Mn1Fe (např. UNS C96800 / CN107 podobná)

Slitiny mědi a niklu, zejména třídy 70/30 (CuNi 70/30) a 90/10 (CuNi 90/10), jsou široce používány v námořních aplikacích díky své výjimečné odolnosti vůči korozi mořské vody a biologickému znečištění. Složení CuNi30Mn1Fe (přibližně 70 % mědi, 30 % niklu s příměsí manganu a železa) nabízí skvělou rovnováhu mezi pevností a odolností proti korozi.

• Klíčové vlastnosti a výhody oběžných kol:
  • Vynikající odolnost proti korozi mořskou vodou: V mořské vodě vytváří stabilní ochranný povrchový film, který nabízí velmi nízkou obecnou míru koroze a dobrou odolnost proti lokálnímu napadení, a to i ve znečištěných vodách nebo ve vodách s vysokou rychlostí proudění.
  • Vlastní odolnost proti biologickému znečištění: Ionty mědi uvolňované z povrchu brání usazování a růstu mořských organismů (řas, mlžů), udržují hydraulickou účinnost a snižují potřebu čištění nebo nátěrů.
  • Dobrá pevnost a tažnost: Nabízí odpovídající mechanické vlastnosti pro mnoho aplikací s oběžnými koly čerpadel, zejména tam, kde extrémní pevnost není tak důležitá jako odolnost proti korozi a znečištění.
  • Dobrá zpracovatelnost/tiskovatelnost: Lze je zpracovávat pomocí technologie AM, i když optimalizace parametrů je zásadní vzhledem k vysoké tepelné vodivosti a odrazivosti mědi (zejména u systémů založených na laseru). Výhodou zde může být tavení elektronovým svazkem (EBM/SEBM).
  • Odolnost proti koroznímu praskání pod napětím: Obecně odolné vůči SCC v mořském prostředí.
• Typické aplikace pro 3D tištěná oběžná kola z CuNi30Mn1Fe:
  • Čerpadla pro zdvihání mořské vody na lodích a plošinách na moři.
  • Oběhová čerpadla chladicí vody využívající mořskou vodu.
  • Systémy požární vody v mořském prostředí.
  • Čerpadla zátěžové vody.
  • Lodní čerpadla.
  • Součásti výměníku tepla pracující s mořskou vodou.

Tabulka: Typické vlastnosti aditivně vyráběné CuNi30Mn1Fe (přibližné)

Vlastnictví	Typický rozsah hodnot (stav po sestavení/odstranění napětí)	Význam pro oběžná kola
Chemické složení (%)
měď (Cu)	Vyváženost (~65-70)	Základní prvek, přispívá k odolnosti proti biologickému znečištění
nikl (Ni)	29.0 – 33.0	Primární legující prvek pro odolnost proti korozi v mořské vodě & amp; pevnost
mangan (Mn)	0.5 – 1.5	Zlepšuje odlévatelnost/tiskovatelnost, odkyseluje, zvyšuje pevnost
železo (Fe)	0.4 – 1.0	Zvyšuje odolnost proti erozi v proudící mořské vodě
Mechanické vlastnosti (RT)
Maximální pevnost v tahu	380 – 500 MPa (55 – 73 ksi)	Odolnost proti porušení při zatížení v tahu
Mez kluzu (posun 0,2%)	170 – 250 MPa (25 – 36 ksi)	Napětí potřebné k vyvolání trvalé deformace
Prodloužení po přetržení	25 – 40%	Tažnost, schopnost deformace před zlomením
Tvrdost	~80-120 HB / ~75-110 HV	Odolnost proti vtisku (nižší než IN625)
Fyzikální vlastnosti
Hustota	~8,94 g/cm³ (0,323 lb/in³)	Podobně jako slitiny oceli a niklu
Odolnost proti biologickému znečištění	Vynikající	Klíčová výhoda pro udržení hydraulického výkonu v lodních systémech
Maximální provozní teplota (obecně)	~300°C (572°F)	Nižší teplotní limit než IN625

Export do archů

(Poznámka: Vlastnosti jsou přibližné a do značné míry ovlivněné konkrétním procesem a parametry AM. Slitiny mědi mohou být náročnější na tisk než slitiny niklu nebo oceli. Konzultace se zkušenými poskytovateli, jako je Met3dp, je nezbytná).

Volba mezi IN625 a CuNi30Mn1Fe:

• Vyberte si IN625 pokud jsou hlavními problémy extrémní koroze (kyseliny, kyselý plyn), vysoké teploty (> 300 °C), vysoké mechanické namáhání nebo jejich kombinace. Je to univerzální řešení pro mnoho náročných chemických a O&G aplikací.
• Vyberte si CuNi30Mn1Fe když je hlavním problémem koroze mořské vody a biologické znečištění je významným problémem. Nabízí nákladově efektivní a vysoce spolehlivé řešení speciálně pro mořské prostředí, kde se nevyskytují extrémní teploty nebo zátěž.

Výběrem vhodné vysoce výkonné slitiny a partnerstvím se schopným poskytovatelem AM technologií, jako je např Met3dp, si mohou společnosti pořídit 3D tištěná oběžná kola na zakázku, která nejenže přežijí, ale budou prosperovat i v těch nejnáročnějších drsných podmínkách, což povede ke zvýšení spolehlivosti, účinnosti a snížení nákladů na životní cyklus.

Úvahy o návrhu aditivní výroby oběžných kol čerpadel

Přechod od navrhování oběžných kol pro tradiční výrobu (odlévání, obrábění) k navrhování pro aditivní výrobu (DfAM) vyžaduje změnu myšlení. Ačkoli AM odstraňuje mnohá omezení, zavádí nová a nabízí jedinečné příležitosti, které je třeba zvážit již ve fázi návrhu, aby se maximalizovaly výhody. Pouhé převzetí návrhu určeného pro odlévání a jeho odeslání do 3D tiskárny pravděpodobně přinese neoptimální výsledky a potenciálně vyšší náklady. Efektivní DfAM pro oběžná kola čerpadel zahrnuje optimalizaci jak pro funkční výkon, tak pro specifické nuance zvolené technologie Proces tisku AM, jako je například technologie PBF (Powder Bed Fusion).

Zde jsou klíčové úvahy DfAM pro inženýry, kteří vyvíjejí vlastní oběžná kola pro drsné prostředí:

1. Využijte geometrickou volnost pro hydraulický výkon:

• Složité geometrie lopatek: Využijte schopnost AM&#8217 vytvářet velmi složité 3D tvary lopatek (např. různé úhly náběhu, nelineární zakřivení, optimalizované vstupní/výstupní úhly), které jsou přesně přizpůsobeny požadovanému průtoku, výšce a účinnosti. Včas a často zapojte simulace CFD (Computational Fluid Dynamics), abyste mohli opakovaně navrhovat konstrukce, které minimalizují recirkulaci, kavitaci (nízká NPSHr) a oddělování proudění.
• Optimalizované profily pláště a náboje: Navrhněte hladké, smíšené přechody mezi lopatkami, nábojem a oběžnými koly (u uzavřených oběžných kol), abyste snížili hydraulické ztráty. Strategicky měňte tloušťky stěn - silnější tam, kde je to z konstrukčního hlediska nutné, tenčí jinde, abyste ušetřili hmotnost a materiál, čehož lze snadno dosáhnout v systému AM.
• Definice náběžné a odtokové hrany: AM umožňuje ve srovnání s odléváním mnohem ostřejší a tenčí odtokové hrany, čímž se snižují ztráty v důsledku proudění. Zvažte však minimální velikost tisknutelného prvku a potenciální koncentrace napětí. Náběžné hrany lze optimalizovat pro konkrétní podmínky vtoku.

2. Návrh pro proces AM (specifika PBF):

• Orientace na stavbu: Jedná se o zásadní rozhodnutí, které má dopad na:
  • Podpůrné struktury: Oběžné kolo orientujte tak, abyste minimalizovali potřebu podpěr, zejména na složitých spodních stranách lopatek nebo vnitřních průchodech. Převislé prvky obvykle vyžadují podpěru nad určitým úhlem (často ~45 stupňů od vodorovné roviny).
  • Povrchová úprava: Povrchy směřující vzhůru a svislé povrchy mají obecně lepší povrchovou úpravu po otisknutí než povrchy směřující dolů, které jsou podepřeny konstrukcemi. Kritické dráhy toku by měly být v ideálním případě orientovány tak, aby byla zajištěna optimální povrchová úprava nebo snadný přístup po zpracování.
  • Mechanické vlastnosti: V dílech AM může existovat anizotropie (směrově závislé vlastnosti); orientace může být zvolena tak, aby maximální pevnost odpovídala kritickým směrům napětí.
  • Doba výstavby & Náklady: Vyšší postavy obvykle potřebují více času. Důležité je také efektivní umístění více oběžných kol do stavební komory.
• Strategie podpůrné struktury: Pokud jsou podpěry nevyhnutelné, navrhněte je pro:
  • Účinnost: Musí dostatečně ukotvit díl a vést teplo, aby se zabránilo deformaci.
  • Minimalizace: Používejte pouze v nezbytných případech, abyste ušetřili materiál a čas potřebný k odstranění.
  • Přístupnost & Odstranitelnost: Zajistěte, aby bylo možné dosáhnout na podpěry a odstranit je bez poškození oběžného kola, zejména složitých detailů lopatek. Zvažte možnost vylamovacích bodů nebo konstrukcí navržených pro snadnější odstranění při obrábění.
• Samonosné úhly: Přesahy a vnitřní kanály navrhněte tak, aby byly pokud možno pod kritickým úhlem vyžadujícím podepření. Ostré převisy lze někdy nahradit zkosením nebo kótami.
• Minimální velikost prvku & Tloušťka stěny: Porozumět limitům rozlišení zvoleného stroje a materiálu AM. Vyhněte se prvkům tenčím, než je minimální tisknutelná tloušťka (často ~0,3-0,5 mm, ale liší se). Zajistěte dostatečnou tloušťku stěny pro strukturální integritu, zejména pod tlakem.
• Odstranění prášku: U uzavřených nebo zahalených oběžných kol navrhněte účinné únikové otvory nebo vnitřní cesty, které umožní odstranění nerozpuštěného prášku po tisku. Tyto otvory musí být strategicky umístěny a případně později utěsněny. Zachycený prášek zvyšuje hmotnost a může zhoršit výkon nebo čistotu.

3. Využití pokročilých technik DfAM:

• Optimalizace topologie: Použijte software k automatickému generování nejefektivnějšího uspořádání materiálu pro dané zatěžovací stavy, okrajové podmínky a výkonnostní cíle (např. minimalizace hmotnosti, maximalizace tuhosti). To může vést k organicky vypadajícím, vysoce účinným a lehkým konstrukcím oběžných kol, které jsou obzvláště cenné v leteckém průmyslu nebo při vysokých rychlostech.
• Mřížové struktury: Začlenění vnitřních mřížových struktur do silnějších profilů nebo plášťů pro snížení hmotnosti a spotřeby materiálu při zachování strukturální integrity. To vyžaduje pečlivou analýzu a obvykle se používá tam, kde je vnější geometrie pevně daná, ale je možná vnitřní optimalizace.
• Konsolidace částí: Analyzujte, zda lze sousední součásti (např. oběžné kolo a indukční stupeň nebo integrované opotřebitelné kroužky) přepracovat a vytisknout jako jediný monolitický díl. Tím se eliminují montážní kroky, spojovací materiál, potenciální cesty úniku a zjednoduší se dodavatelský řetězec.

4. Spolupráce s odborníky na AM:

• Spolupracujte se zkušenými poskytovateli služeb AM, jako jsou Met3dp na začátku procesu návrhu. Jejich aplikační inženýři rozumí složitostem různých procesů AM (SLM, SEBM) a materiálů (IN625, CuNi30Mn1Fe). Mohou poskytnout zásadní zpětnou vazbu ohledně tisknutelnosti, strategie orientace, požadavků na podporu a potenciálních dopadů na náklady, a pomoci tak optimalizovat návrh pro úspěšnou a efektivní výrobu. Tato spolupráce zajistí, že návrh bude nejen funkčně správný, ale také vyrobitelný pomocí AM.

Zapojením těchto principů DfAM mohou konstruktéři plně využít potenciál 3D tisku kovů k vytváření oběžných kol na zakázku, která nabízejí vynikající výkon, odolnost a hodnotu, zejména při řešení problémů v náročných provozních prostředích.

Dosažitelná tolerance, povrchová úprava a rozměrová přesnost 3D tištěných oběžných kol

Přestože aditivní výroba kovů nabízí neuvěřitelnou volnost při navrhování, je pro inženýry a manažery nákupu zásadní mít realistická očekávání ohledně dosažitelných tolerancí, povrchové úpravy a celkové rozměrové přesnosti 3D tištěných oběžných kol, zejména v oblasti v podobě vytištěné na stát. Pro splnění přísných specifikací typických pro vysoce výkonné součásti lopatkových strojů jsou téměř vždy nutné kroky následného zpracování.

1. Rozměrové tolerance:

• Tolerance podle výkresu: Procesy práškové fúze, jako je SLM a SEBM, mohou obvykle dosáhnout rozměrových tolerancí v rozmezí:
  • ± 0,1 mm až ± 0,2 mm (± 0,004″ až ± 0,008″) pro menší prvky (např. do 50-100 mm).
  • ± 0,1 % až ± 0,2 % jmenovitého rozměru u větších dílů.
• Faktory ovlivňující toleranci:
  • Kalibrace stroje: Přesnost polohování laserového/elektronového paprsku, strategie skenování, kontrola tloušťky vrstvy.
  • Vlastnosti materiálu: Teplotní roztažnost/smršťovací charakteristiky slitiny (např. IN625 vs. CuNi).
  • Geometrie dílu & Velikost: Větší díly nebo složité geometrie s různými průřezy jsou náchylnější k tepelnému zkreslení.
  • Orientace na stavbu: Může mít vliv na kumulaci tepelného namáhání.
  • Podpůrné struktury: Umístění a účinnost ovlivňují stabilitu při stavbě.
  • Tepelný management: Jak efektivně je teplo během stavby řízeno a odváděno.
• Následné zpracování pro těsné tolerance: Prvky vyžadující vysokou přesnost, jako je průměr a uložení otvoru hřídele, drážky, těsnicí plochy a celkové rozměry vyvážení oběžného kola, je obvykle nutné po tisku a tepelném zpracování finálně opracovat. CNC obráběním lze dosáhnout tolerance ± 0,01 mm až ± 0,05 mm (± 0,0004″ až ± 0,002″) nebo lepší, v závislosti na požadavku.
• standardy: Rámec pro specifikaci tolerancí v AM mohou poskytnout normy jako ISO/ASTM F3303 nebo ISO 17296-3.

2. Povrchová úprava (drsnost):

• Povrchová úprava jako při tisku: Drsnost povrchu (Ra) kovových dílů vytištěných metodou AM je výrazně vyšší než u obráběných povrchů. Typické hodnoty Ra se pohybují v rozmezí:
  • 5 µm až 20 µm (200 µin až 800 µin), někdy i vyšší.
• Faktory ovlivňující stav po vytištění Ra:
  • Tloušťka vrstvy: Silnější vrstvy mají zpravidla za následek drsnější povrch.
  • Velikost částic prášku: Jemnější prášky mohou vést k hladšímu povrchu, ale mohou mít problémy se sypkostí.
  • Orientace povrchu:
    • Svislé stěny: Mají tendenci zobrazovat linie vrstev.
    • Povrchy směřující vzhůru: Obecně hladší, ovlivněné vlastnostmi tavení prášku.
    • Plochy směřující dolů (podporované): Bývají nejdrsnější kvůli kontaktu s podpůrnými konstrukcemi a částečnému tavení/spékání.
  • Parametry procesu: Výkon laseru/paprsku, rychlost skenování, vzdálenost mezi šrafami.
• Vliv na oběžná kola: Vysoká drsnost povrchu lopatek oběžného kola a průtočných kanálů zvyšuje ztráty třením, snižuje hydraulickou účinnost a může být potenciálním iniciačním místem koroze nebo kavitace.
• Následné zpracování pro lepší povrchovou úpravu: Dosažení hladkých povrchů, které jsou nezbytné pro optimální hydraulický výkon (často Ra < 1,6 µm nebo dokonce < 0,8 µm na kritických průtokových cestách), vyžaduje následné zpracování. Mezi běžné metody patří:
  • CNC obrábění: Pro přístupné povrchy vyžadující přesné rozměry a povrchovou úpravu.
  • Obrábění abrazivním tokem (AFM): Protlačování abrazivních médií kanály.
  • Elektrolytické leštění: Elektrochemický proces vyhlazování povrchů, zvláště účinný u složitých tvarů a některých slitin.
  • Ruční leštění/broušení: Pracně náročné, ale účinné pro určité oblasti.
  • Hromadné dokončování (Tumbling): Pro celkové vyhlazení povrchu, méně přesné.

Tabulka: Srovnání povrchové úpravy

Dokončovací stav	Typický rozsah Ra (µm)	Typický rozsah Ra (µin)	Poznámky
Stav po vytištění (PBF)	5 – 20+	200 – 800+	Značně se liší podle orientace, materiálu a parametrů.
Rozhraní podpory	15 – 30+	600 – 1200+	Povrchy směřující dolů a dotýkající se podpěr jsou obvykle nejdrsnější.
Obráběné	0.8 – 6.3	32 – 250	Standardní povrchová úprava. Broušením apod. je možné dosáhnout přísnějších povrchových úprav.
Leštěný	< 0,8	< 32	Dosahuje se broušením, lapováním, leštěním, elektrolytickým leštěním.
Povrch HIPed	Podobně jako v tištěné podobě	Podobně jako v tištěné podobě	HIP zlepšuje vnitřní hustotu, ale výrazně nevyhlazuje vnější povrch.

Export do archů

3. Rozměrová přesnost & Stabilita:

• Dosažení přesnosti: Nejde jen o dodržení tolerancí, ale také o to, aby si díl zachoval svůj tvar po celou dobu výroby a provozu.
• Úleva od stresu: Zbytková napětí vznikají při cyklech ohřevu a chlazení AM po vrstvách. Správné tepelné zpracování pro uvolnění napětí bezprostředně po tisku (často ještě na konstrukční desce) je zásadní, aby se zabránilo deformaci při odstraňování podpěr nebo následném obrábění.
• Tepelné zpracování: K dosažení požadované konečné mikrostruktury a mechanických vlastností je nutné další tepelné zpracování (žíhání v roztoku, stárnutí atd., v závislosti na slitině jako IN625). Tyto cykly musí být pečlivě řízeny, aby se minimalizovaly deformace.
• Kontrola kvality: Zkušení poskytovatelé AM, jako jsou Met3dp provádět přísná opatření pro kontrolu kvality, včetně přesné kalibrace strojů, monitorování během procesu (pokud je k dispozici) a kontroly po výrobě pomocí nástrojů, jako jsou souřadnicové měřicí stroje (CMM) a 3D skenery, aby se ověřila přesnost rozměrů oproti původnímu modelu CAD a technickým výkresům.

Inženýři, kteří zadávají 3D tištěná oběžná kola, musí ve svých výkresech a technických specifikacích jasně definovat požadované tolerance a povrchové úpravy kritických prvků a uvědomit si, že jich bude pravděpodobně dosaženo kombinací procesu AM a následných kroků následného zpracování.

Základní požadavky na následné zpracování 3D tištěných kovových oběžných kol

Aditivní výroba je jen zřídka posledním krokem při výrobě funkčního, vysoce výkonného kovového oběžného kola. K přeměně vytištěného dílu na hotovou součást připravenou k montáži a provozu v náročných podmínkách je obvykle zapotřebí řada zásadních kroků následného zpracování. Tyto kroky jsou nezbytné pro dosažení požadované rozměrové přesnosti, povrchové úpravy, mechanických vlastností a celkové spolehlivosti. Manažeři veřejných zakázek by se měli ujistit, že jimi zvolený poskytovatel AM služeb je schopen tyto kritické operace provádět nebo řídit.

Mezi hlavní požadavky na následné zpracování patří:

1. Tepelné ošetření proti stresu:

• Účel: K uvolnění vnitřních zbytkových napětí, která vznikají během rychlých cyklů ohřevu a chlazení v procesu AM. Tato napětí mohou způsobit deformaci, praskání nebo předčasné selhání, pokud nejsou uvolněna.
• Postup: Provádí se brzy po dokončení stavby, často ještě v době, kdy je oběžné kolo připevněno ke stavební desce. Zahřívá díl na určitou teplotu (pod teplotou transformace) a udržuje ji po stanovenou dobu, poté následuje řízené chlazení. Parametry se výrazně liší v závislosti na slitině (např. slitina IN625 vyžaduje jiné cykly než slitiny CuNi nebo oceli).
• Důležitost: Je naprosto zásadní pro rozměrovou stabilitu během dalších kroků (odstranění podpěr, obrábění) a pro dlouhodobou výkonnost.

2. Vyjmutí dílu ze stavební desky & Vyjmutí nosné konstrukce:

• Účel: Oddělit tištěné oběžné kolo (kola) od základní desky, na které bylo postaveno, a odstranit dočasné podpůrné konstrukce použité při stavbě.
• Metody:
  • Odstranění desky: Často se provádí pomocí elektroerozivního obrábění (EDM) nebo řezání.
  • Odstranění podpory: Může zahrnovat ruční lámání/řezání (u dobře navržených, přístupných podpěr), obrábění na CNC, broušení nebo někdy specializované elektrochemické metody.
• Výzvy: Demontáž podpěr může být pracná a hrozí riziko poškození citlivých prvků oběžného kola, pokud se neprovádí opatrně. DfAM hraje velkou roli při navrhování snadno demontovatelných podpěr.

3. Lisování za tepla (HIP):

• Účel: K odstranění vnitřních mikroskopických pórů (pórovitosti), které mohou někdy zůstat po procesu AM, a k další homogenizaci mikrostruktury.
• Postup: Oběžné kolo je vystaveno vysokému tlaku inertního plynu (obvykle 100-200 MPa / 15 000-30 000 psi) při zvýšené teplotě (pod bodem tání) po dobu několika hodin. Kombinace tepla a tlaku způsobí zhroucení vnitřních dutin.
• Výhody: Výrazně se zlepšuje:
  • Hustota: Dosažení téměř 100% teoretické hustoty.
  • Tažnost & Prodloužení: Zvyšuje odolnost proti zlomení.
  • Únavový život: Rozhodující pro rotující součásti vystavené cyklickému zatížení.
  • Lomová houževnatost: Odolnost proti šíření trhlin.
• Doporučení: Velmi doporučované, často povinné, pro kritická oběžná kola používaná v náročných aplikacích (letecký průmysl, vysokotlaké systémy, kritické chemické procesy), kde je nejdůležitější únavová životnost a integrita materiálu. Často v kombinaci s cykly tepelného zpracování roztoků.

4. Konečné tepelné zpracování (žíhání roztokem, stárnutí atd.):

• Účel: Dosažení konečné požadované mikrostruktury a optimálních mechanických vlastností (pevnost, tvrdost, odolnost proti korozi) pro konkrétní slitinu (např. ošetření roztokem a stárnutí IN625).
• Postup: Zahrnuje pečlivě řízené cykly ohřevu a chlazení přizpůsobené specifikaci materiálu. Cykly HIP jsou často navrženy tak, aby zahrnovaly ošetření roztokem.
• Důležitost: Nezbytné pro splnění požadavků na vlastnosti materiálu uvedených v návrhu. Nesprávné tepelné zpracování může ohrozit pevnost a odolnost oběžného kola vůči korozi.

5. Obrábění kritických prvků:

• Účel: K dosažení úzkých rozměrových tolerancí, specifických povrchových úprav a přesných geometrických prvků, které nelze důsledně vyrobit procesem AM s as-printingem.
• Typické obrobené plochy:
  • Vrtání hřídele: Přesný průměr a soustřednost pro správné uložení a vyrovnání.
  • Klíčové cesty: Přesné rozměry pro přenos točivého momentu.
  • Těsnění povrchů: Hladké, rovné nebo přesně profilované povrchy v místech styku oběžného kola s pláštěm nebo těsněním.
  • Povrchy opotřebovacích kroužků: Případně.
  • Vyvažovací funkce: Pro dynamické vyvažování může být nutné odebrat materiál.
  • Přírubové plochy: Pokud je oběžné kolo vybaveno integrovanými přírubami.
• Metoda: Obvykle CNC frézování nebo soustružení. Vyžaduje pečlivou konstrukci upínacích přípravků pro přesné držení složité geometrie oběžného kola.

6. Povrchová úprava & Leštění:

• Účel: Snížení drsnosti povrchu hydraulických kanálů (lopatek, krytů) za účelem zvýšení účinnosti, snížení ztrát třením a minimalizace míst pro vznik koroze nebo kavitace.
• Metody: Jak již bylo zmíněno (obrábění, AFM, elektroleštění, ruční leštění, hromadné leštění), které se vybírají na základě požadované úrovně povrchové úpravy, dostupnosti a nákladové efektivity.

7. Čištění & amp; Kontrola:

• Účel: Odstranit zbytky prášku, obráběcích kapalin nebo nečistot a ověřit, zda oběžné kolo splňuje všechny specifikace.
• Metody:
  • Čištění: Čištění ultrazvukem, mytí rozpouštědlem, vyfukování stlačeným vzduchem.
  • Rozměrová kontrola: CMM, 3D skenování.
  • Nedestruktivní zkoušení (NDT):
    • Vizuální kontrola: Pro povrchové vady.
    • Dye Penetrant Inspection (DPI): K detekci trhlin porušujících povrch.
    • Rentgenové nebo CT vyšetření: Zjištění vnitřních defektů (pórovitost, inkluze) a ověření integrity vnitřního kanálu (kritické po HIP).
  • Certifikace materiálu a sledovatelnost: Ověřování šarží prášku, procesních protokolů a záznamů o tepelném zpracování.

8. Vyvažování:

• Účel: Aby bylo zajištěno rovnoměrné rozložení hmotnosti kolem osy otáčení a minimalizovaly se vibrace během provozu.
• Postup: Může být vyžadováno statické a/nebo dynamické vyvažování, které zahrnuje měření nerovnováhy a odebírání malých množství materiálu z určitých míst (často předem navržených vyvažovacích ploch).

Poskytovatel komplexních služeb AM by měl nabídnout jasný plán, který stanoví, které kroky následného zpracování jsou zahrnuty, prováděny vlastními silami nebo řízeny kvalifikovanými partnery, a zajistit tak plynulý pracovní postup od digitálního souboru po hotové, ověřené oběžný kolo.

Běžné problémy při 3D tisku oběžných kol a jejich řešení

Přestože 3D tisk z kovu nabízí významné výhody pro výrobu oběžných kol na zakázku, je tento proces složitý a není bez potenciálních problémů. Uvědomění si těchto problémů a spolupráce se zkušeným poskytovatelem, jako je např Met3dp - společnost založená na desítkách let společných zkušeností v oblasti aditivní výroby kovů (více informací) O nás) - je klíčem ke zmírnění rizik a zajištění úspěšných výsledků.

Zde je několik běžných problémů a strategií, jak je překonat:

1. Deformace a zkreslení:

• Výzva: Nerovnoměrné zahřívání a ochlazování během procesu vytváření jednotlivých vrstev vytváří vnitřní pnutí. Pokud tato napětí překročí mez kluzu materiálu nebo kotevní sílu podpěr, může se oběžné kolo deformovat nebo zkroutit a odchýlit se od zamýšlené geometrie. To se projevuje zejména u velkých dílů nebo u dílů s výraznými změnami průřezu.
• Řešení:
  • Simulace procesu: Pokročilý software může simulovat proces sestavování a předpovídat tepelné namáhání a deformace, což umožňuje předběžnou kompenzaci v souboru sestavení nebo optimalizaci orientace/podpěr.
  • Optimalizovaná orientace sestavení: Umístění oběžného kola tak, aby se minimalizovaly velké rovné plochy rovnoběžné s konstrukční deskou a snížily se tepelné gradienty.
  • Robustní strategie podpory: Dobře navržené podpěry bezpečně ukotvují díl a pomáhají účinně odvádět teplo.
  • Optimalizované parametry procesu: Jemné doladění výkonu laseru/paprsku, rychlosti skenování a strategie skenování pro řízení tepelného příkonu.
  • Okamžitá úleva od stresu: Před vyjmutím dílu z konstrukční desky je nezbytné provést tepelné zpracování na uvolnění napětí.

2. Obtíže při odstraňování podpůrné konstrukce:

• Výzva: Podpěry jsou sice nezbytné, ale jejich odstranění může být obtížné a časově náročné, zejména ze složitých vnitřních chodeb nebo choulostivých prvků čepele. Agresivní odstranění může poškodit povrch nebo geometrii oběžného kola.
• Řešení:
  • DfAM pro podpory: Navrhování dílů se samonosnými úhly, kde je to možné. Optimalizace typů podpěr (např. tenké styčné body, mřížové podpěry) a jejich umístění pro zajištění přístupnosti a snadnějšího odlomení nebo obrábění.
  • Specializované nástroje/techniky pro odstraňování: Použití vhodných řezných nástrojů, brusek, někdy i elektroerozivního obrábění drátem nebo elektrochemických metod.
  • Kvalifikovaní technici: Pro pečlivé a účinné odstranění podpory je nezbytný zkušený personál.

3. Řízení zbytkového stresu:

• Výzva: I když během sestavování nedojde k výrazné deformaci, mohou v dílu zůstat vysoká zbytková napětí. Ta mohou vést k opožděnému vzniku trhlin, snížení únavové životnosti nebo k deformaci při následných obráběcích operacích.
• Řešení:
  • Efektivní cykly pro odbourání stresu: Zavedení vědecky ověřených protokolů tepelného zpracování specifických pro danou slitinu.
  • Izostatické lisování za tepla (HIP): HIP nejen uzavírá póry, ale také pomáhá uvolňovat zbytková napětí prostřednictvím mechanismů tečení při vysokých teplotách.
  • Optimalizace parametrů procesu: Řízení přívodu tepla a rychlosti chlazení během sestavování.

4. Kontrola pórovitosti:

• Výzva: V tištěném materiálu mohou vznikat mikroskopické dutiny nebo póry v důsledku neúplného roztavení, zachycení plynu (z prášku nebo stínícího plynu) nebo keyholingových efektů (nestabilita v důsledku deprese par). Pórovitost snižuje hustotu a může výrazně zhoršit mechanické vlastnosti, zejména únavovou pevnost a tažnost.
• Řešení:
  • Optimalizované parametry procesu: Přesné řízení hustoty výkonu laseru/ paprsku, rychlosti skenování, tloušťky vrstvy a vlastností prášku je nezbytné pro dosažení úplného roztavení a stabilního chování taveniny.
  • Vysoce kvalitní prášek: Použití sférických, plynem atomizovaných prášků (jako jsou prášky vyráběné společností Met3dp) s kontrolovanou distribucí velikosti částic a nízkou vnitřní pórovitostí plynu zajišťuje konzistentní tavení a balení. Pravidelné kontroly kvality prášku jsou zásadní.
  • Kontrola inertní atmosféry: Udržování vysoce čisté atmosféry inertního plynu (argonu nebo dusíku) ve stavební komoře minimalizuje oxidaci a zachycování plynu.
  • Izostatické lisování za tepla (HIP): Nejúčinnější metoda pro odstranění zbývající vnitřní pórovitosti po tisku.

5. Dosažení požadované povrchové úpravy:

• Výzva: Přirozená povaha vrstvy po vrstvě a velikost částic prášku mají za následek relativně drsnou povrchovou úpravu po vytištění ve srovnání s obráběnými díly, což může mít negativní dopad na hydraulickou účinnost. Dosažení hladkého povrchu, zejména na složitých vnitřních površích, může být obtížné.
• Řešení:
  • Orientace & amp; Optimalizace parametrů: Volba orientace a parametrů sestavení, které podporují hladší povrchovou úpravu kritických povrchů, pokud je to možné.
  • Vhodné následné zpracování: Výběr a efektivní použití správných technik povrchové úpravy (obrábění, leštění, AFM, elektrolytické leštění) na základě specifických požadavků a geometrie.

6. Manipulace s práškem a řízení kvality:

• Výzva: S kovovými prášky, zejména s reaktivními, jako je titan nebo hliník, je třeba zacházet opatrně, aby se zabránilo kontaminaci (kyslík, vlhkost) a zajistila se bezpečnost (riziko hořlavosti/výbuchu). Udržování kvality prášku proséváním, skladováním a řízenou recyklací je rozhodující pro konzistentní vlastnosti dílů.
• Řešení:
  • Přísné postupy: Zavedení spolehlivých protokolů pro manipulaci s práškem, skladování v inertním prostředí, prosévání a sledovatelnost.
  • Kontrola kvality: Pravidelné testování vlastností prášku (chemismus, distribuce velikosti částic, tekutost, morfologie).
  • Spolehlivost dodavatele: Spolupráce s renomovanými výrobci prášků, jako je Met3dp, zajišťuje vysoce kvalitní a konzistentní výchozí materiál vyráběný pomocí pokročilých atomizačních technik.

7. Zajištění konzistence a opakovatelnosti:

• Výzva: Dosažení stejně vysoké kvality u více sestav a více dílů vyžaduje přísnou kontrolu procesu. Změny v kalibraci stroje, šaržích prášku nebo okolních podmínkách mohou potenciálně ovlivnit výsledky.
• Řešení:
  • Robustní systém řízení kvality (QMS): Implementace normy ISO 9001 nebo norem specifických pro dané odvětví (např. AS9100 pro letecký průmysl).
  • Monitorování a řízení procesů: Využití senzorů a záznamu dat ke sledování kritických parametrů během stavby.
  • Standardizované postupy: Dodržování definovaných pracovních postupů pro nastavení sestavení, provedení, následné zpracování a kontrolu.
  • Zkušený poskytovatel: Spolupráce se zavedeným poskytovatelem služeb AM s prokazatelnou historií a hlubokými znalostmi procesů výrazně snižuje variabilitu.

Pochopením těchto potenciálních problémů a spoluprací se znalým a dobře vybaveným partnerem mohou firmy bez obav využít 3D tisk kovů k výrobě vysoce kvalitních a spolehlivých oběžných kol na zakázku, která splňují přísné požadavky náročných průmyslových prostředí.

Jak vybrat správného poskytovatele 3D tisku kovů pro vlastní oběžná kola

Výběr vhodného partnera pro aditivní výrobu kovů je stejně důležitý jako výběr správného materiálu nebo optimalizace konstrukce. Úspěch vašeho projektu 3D tištěného oběžného kola - dosažení požadovaného výkonu, kvality a včasného dodání - závisí na schopnostech a odborných znalostech zvoleného poskytovatele služeb. Pro manažery nákupu a inženýry, kteří se orientují v nabídce dodavatelů kovových AM technologií, zejména pro náročné aplikace, jako jsou zakázková oběžná kola v drsném prostředí, je zásadní strukturovaný proces hodnocení.

Zde jsou klíčová kritéria, která je třeba zvážit při výběru poskytovatele služeb 3D tisku z kovu:

1. Prokázané odborné znalosti a zkušenosti:

• Znalosti specifické pro danou aplikaci: Má poskytovatel prokazatelné zkušenosti s tiskem oběžných kol, součástí lopatkových strojů nebo dílů s podobnou geometrickou složitostí a funkčními požadavky? Požádejte o případové studie nebo příklady týkající se aplikací pro manipulaci s tekutinami.
• Specializace na materiál: Odbornost ve zpracování konkrétních slitin, které požadujete (např. IN625, CuNi30Mn1Fe), je neoddiskutovatelná. To zahrnuje pochopení optimálních parametrů tisku, nezbytných tepelných úprav a potenciálních problémů spojených s daným materiálem. Poskytovatelé jako např Met3dp, které mají hluboké kořeny jak ve vyspělých výroba kovového prášku a tiskových systémů, mají tyto základní znalosti z oblasti materiálových věd.
• Zkušenosti v oboru: Znalost norem kvality a provozních požadavků vašeho odvětví (např. letectví, chemický průmysl, námořní průmysl, ropný a plynárenský průmysl) je významnou výhodou.

2. Technologické schopnosti:

• Vhodná technologie tisku: Používají správný typ systému PBF (Powder Bed Fusion) pro vaše potřeby? Zatímco laserová fúze PBF (SLM/DMLS) je běžná, fúze PBF elektronovým paprskem (SEBM), jako jsou systémy vyvinuté společností Met3dp, může u některých materiálů (např. titanových slitin, materiálů citlivých na trhliny, případně slitin mědi díky lepší absorpci energie) přinést výhody a někdy i nižší zbytkové napětí. Ujistěte se, že jejich konstrukční objemy strojů odpovídají velikosti oběžného kola.
• Strojový park a kapacita: Zvažte počet a typ strojů, které provozují. Větší, dobře udržovaný vozový park naznačuje lepší kapacitu, redundanci a potenciálně kratší dodací lhůty. Posuďte stáří a údržbu jejich vybavení.
• Manipulace s práškem a jeho správa: Přísné kontroly skladování, manipulace, prosévání a recyklace prášku jsou zásadní pro zajištění stálé kvality dílů. Informujte se o jejich protokolech pro správu prášku. Vlastní výroba prášků s vysokou sféricitou a tekutostí podtrhuje závazek společnosti Met3dp&#8217 ke kvalitě materiálu již od zdroje.

3. Komplexní možnosti následného zpracování:

• Vlastní vs. spravované služby: Jak již bylo řečeno dříve, pro oběžná kola je zásadní následné zpracování. Nabízí poskytovatel kritické kroky, jako je tepelné zpracování (uvolnění napětí, HIP), CNC obrábění, odstranění podpěr a povrchová úprava přímo v podniku? Pokud ne, má robustní, kvalifikovanou síť partnerů a řídí celý proces bez problémů? Integrované služby často zefektivňují pracovní postup a zajišťují odpovědnost.
• Kontrola kvality & Inspekce: Jaké metody nedestruktivního testování (NDT) nabízejí (např. CT skenování, penetrační barvení, ultrazvukové testování)? Mají souřadnicové měřicí stroje (CMM) pro ověřování rozměrů? Ujistěte se, že jejich kontrolní schopnosti odpovídají kritičnosti vašeho dílu.

4. Robustní systém řízení kvality (QMS):

• certifikace: Hledejte příslušné certifikáty jako ukazatele vyspělých procesů a závazku ke kvalitě. ISO 9001 je základním požadavkem na průmyslové dodavatele. V závislosti na odvětví mohou být nezbytné certifikace jako AS9100 (letectví a kosmonautika) nebo ISO 13485 (zdravotnictví) nebo mohou svědčit o vyšší úrovni řízení procesů.
• Sledovatelnost: Dokáží zajistit úplnou sledovatelnost materiálu a procesu, která propojí finální díl s konkrétní šarží prášku, použitým strojem, parametry sestavení a kroky následného zpracování? To je u kritických součástí zásadní.

5. Inženýrská a technická podpora:

• Podpora návrhu pro aditivní výrobu (DfAM): Nabízí poskytovatel odborné poradenství při optimalizaci konstrukce oběžného kola pro AM? Spolupráce s podporou DfAM může výrazně zlepšit tisknutelnost, výkon a nákladovou efektivitu. Například společnost Met3dp využívá své kolektivní odborné znalosti v oblasti AM kovů a spolupracuje s organizacemi na vývoji aplikací.
• Řešení problémů: Jak řeší případné problémy při výrobě? Pro efektivní řešení problémů je zásadní proaktivní a transparentní styl komunikace a silná technická podpora.

6. Komunikace, transparentnost a obchodní praktiky:

• Proces citování: Je jejich nabídka jasná, podrobná a včasná? Jsou v ní rozepsány náklady spojené s tiskem, materiály a následným zpracováním?
• Komunikace o době realizace: Poskytují realistické odhady dodacích lhůt a proaktivně informují o případných zpožděních?
• Zákaznický servis: Důležitými ukazateli dobrého B2B partnerství jsou vstřícnost a dostupnost jejich prodejních a technických týmů.

Kontrolní seznam pro hodnocení potenciálních dodavatelů:

Kritéria	Otázky, které je třeba položit	Ideální reakce / Na co se zaměřit
Zažít	Ukažte příklady podobných dílů (oběžných kol). Podrobné zkušenosti s [materiálem X]. Kterým průmyslovým odvětvím sloužíte?	Relevantní případové studie, prokazatelné úspěchy s IN625/CuNi, znalost průmyslových norem.
Technologie	Který proces AM (SLM, SEBM)? Specifikace stroje (velikost sestavení)? Postupy manipulace s práškem?	Technologie vhodná pro materiál/díl, dostatečná kapacita, přísná kontrola kvality prášku (jako Met3dp).
Následné zpracování	Které kroky v podniku (tepelné zpracování, HIP, CNC, dokončovací práce)? Jak jsou řízeny externí procesy?	Upřednostňovány jsou komplexní vlastní schopnosti nebo dobře řízená síť kvalifikovaných partnerů.
Kvalita	Certifikát ISO 9001? Další certifikáty (AS9100)? Nabízené metody NDT? Schopnost CMM? Systém sledovatelnosti?	Příslušné certifikace, požadované metody NDT/kontroly, spolehlivá sledovatelnost.
Podpora & Engineering	Je k dispozici podpora DfAM? Kdo je technickým kontaktním místem? Jak se řeší problémy?	Přístupní aplikační inženýři, kooperativní přístup, proaktivní řešení problémů.
Obchodní & Komunikace	Doba zpracování nabídky? Srozumitelnost nabídky? Proces odhadu doby realizace? Komunikační kanály?	Transparentní ceny, reálné dodací lhůty, vstřícná komunikace.

Export do archů

Systematickým hodnocením potenciálních dodavatelů podle těchto kritérií si mohou společnosti s jistotou vybrat partnera pro 3D tisk z kovu, jako je např Met3dp, který nejenže disponuje pokročilými technologiemi a odbornými znalostmi v oblasti materiálů, ale také se zavazuje ke kvalitě, spolupráci a úspěchu zákazníka, čímž zajišťuje, že váš projekt oběžného kola na zakázku dosáhne svých cílů.

Pochopení nákladových faktorů a doby realizace 3D tištěných oběžných kol

Jedním z hlavních aspektů při zavádění jakékoli výrobní technologie je pochopení souvisejících nákladů a časového plánu výroby. Aditivní výroba kovů sice nabízí významné technické výhody, ale ve srovnání s tradičními metodami má odlišnou strukturu nákladů. Poskytování přesných B2B nabídek vyžaduje pečlivé zvážení několika faktorů, které ovlivňují konečnou cenu a dobu realizace 3D tištěného oběžného kola.

Klíčové faktory nákladů na oběžná kola AM z kovu:

1. Část Objem & Ohraničující rámeček: To je často nejvýznamnější nákladový faktor. Množství použitého materiálu (vypočtené z objemu dílu) přímo ovlivňuje náklady. Kromě toho celková velikost (bounding box) určuje, kolik místa díl zabere ve stavební komoře, a ovlivňuje dobu tisku. Větší díly jsou obecně dražší.
2. Typ materiálu: Vysoce výkonné slitiny, jako je IN625, jsou ze své podstaty dražší suroviny než standardní nerezové oceli nebo slitiny hliníku. Slitiny mědi a niklu jsou rovněž dražší. Náklady na kilogram (/kg) nebo centimetr krychlový (/cm3) vybraného prášku jsou hlavním vstupem. Dodavatelé prášků, jako je společnost Met3dp, se zaměřují na výrobu vysoce kvalitních, sférických prášků vhodných pro AM, což představuje významnou hodnotu, ale také faktor ovlivňující náklady.
3. Strojový čas: To zahrnuje skutečný čas, který stroj AM stráví vytvářením dílu a jeho podpěr, vrstvu po vrstvě.
   • Výška stavby: Tisk vyšších dílů trvá déle.
   • Složitost: Ačkoli AM dobře zvládá složitost, velmi složité prvky nebo velké průřezy na vrstvu mohou někdy ovlivnit parametry a čas tisku.
   • Počet dílů na sestavení: Tisk více dílů současně může optimalizovat využití stroje a potenciálně snížit náklady na jeden díl ve srovnání s tiskem jedné jednotky.
4. Podpůrné struktury: Většina složitých kovových dílů AM vyžaduje podpůrné konstrukce, které je ukotví na konstrukční desce, zvládnou tepelné namáhání a podepřou převislé prvky.
   • Objem podpor: Podpory spotřebovávají materiál a strojní čas, což zvyšuje náklady. Cílem efektivního DfAM je minimalizovat potřebu podpory.
   • Podpora úsilí o odstranění: Odstranění podpěr (ručně, obráběním nebo elektroerozivním obráběním) vyžaduje pracovní sílu a případně specializované vybavení, což významně přispívá k nákladům na následné zpracování. Zvláště náročné a nákladné může být odstranění složitých vnitřních podpěr.
5. Intenzita následného zpracování: Jak již bylo podrobně popsáno dříve, požadované kroky následného zpracování výrazně ovlivňují konečné náklady.
   • Tepelné zpracování (uvolnění napětí, žíhání, HIP): Čas strávený u pece a specializované vybavení (např. jednotky HIP) zvyšují náklady. HIP je významným zdrojem nákladů, ale u kritických aplikací je často nezbytný.
   • Obrábění: Dosažení přísných tolerancí u otvorů, drážek, těsnicích ploch nebo profilů lopatek vyžaduje CNC obrábění, což zvyšuje náklady na složitost a čas.
   • Povrchová úprava: Ruční leštění, tryskání kuličkami nebo jiné metody dokončování vyžadují práci a spotřební materiál.
6. Zajištění kvality & Inspekce: Úroveň požadované kontroly (vizuální, rozměrová pomocí souřadnicového měřicího přístroje, nedestruktivní kontrola, jako je CT skenování nebo penetrační barvení) zvyšuje náklady v závislosti na čase, vybavení a odborných znalostech. Přísnější požadavky znamenají vyšší náklady.
7. Objem objednávky: Ačkoli AM eliminuje náklady na nástroje (což umožňuje vyrábět malé objemy), stále vznikají náklady na seřízení (příprava konstrukce, seřízení stroje). Vyšší objemy mohou umožnit lepší využití stroje a potenciálně malé snížení nákladů na jeden díl, ale křivka nákladů neklesá tak strmě jako u metod hromadné výroby, jako je odlévání po amortizaci nástrojů.
8. Engineering & Nastavení: Počáteční posouzení návrhu, konzultace DfAM, příprava konstrukčních souborů a nastavení stroje přispívají k celkovým nákladům na projekt, které se často amortizují na počet vyrobených dílů.

Typická doba dodání komponentů:

Dodací lhůta je celková doba od zadání objednávky do dodání dílu. Je důležité pochopit faktory, které k tomu přispívají:

1. Cenová nabídka & Design Review: Počáteční komunikace, tvorba cenové nabídky, finalizace návrhu a kontroly DfAM. (1-5 dní)
2. Potvrzení objednávky & Plánování: Zařazení dílu do výrobní fronty. Doba čekání ve frontě se může výrazně lišit v závislosti na množství nevyřízených objednávek poskytovatele služeb. (1 den – 2 týdny)
3. Příprava stavby: Příprava souboru pro sestavení, nastavení stroje, nakládání prášku. (0,5 – 1 den)
4. Doba tisku: Skutečná doba provozu stroje, která se může pohybovat od hodin u malých oběžných kol až po několik dní u velkých a složitých strojů. (1 – 7+ dní)
5. Ochlazení & amp; Depowdering: Ochlazení stavební komory, vyjmutí dílů a vyčištění od přebytečného prášku. (0,5 – 1 den)
6. Následné zpracování: To je často nejdelší a nejproměnlivější část dodací lhůty.
   • Léčba stresu/tepla: 1-3 dny (včetně doby pece a manipulace)
   • Odstranění podpory & základní úprava: 1-3 dny
   • HIP: Může se prodloužit o 3-7 dní (včetně přepravy do/z zařízení HIP, pokud se nejedná o vlastní zařízení)
   • CNC obrábění: 2 dny až 2+ týdny v závislosti na složitosti.
   • Pokročilá povrchová úprava: 1-5 dní
7. Kontrola kvality: Rozměrové kontroly, NDT (1-3 dny)
8. Balení a přeprava: (1-5 dní v závislosti na destinaci a způsobu)

Odhadovaná celková doba realizace (Ballpark):

• Prototypy (minimální následné zpracování): 1 – 3 týdny
• Funkční díly (standardní následné zpracování, bez HIP/komplexního obrábění): 3 – 6 týdnů
• Kritické díly (rozsáhlé následné zpracování, HIP, komplexní obrábění, NDT): 6 – 10+ týdnů

Transparentnost je klíčová: Renomovaní poskytovatelé služeb v oblasti AM obrábění kovů, jako je Met3dp, vám poskytnou podrobné nabídky s uvedením nákladových položek a realistických odhadů doby realizace na základě vaší konkrétní konstrukce oběžného kola, materiálu, potřeb následného zpracování a aktuální kapacity. Pochopení těchto faktorů umožňuje lepší plánování projektu a sestavení rozpočtu při začlenění technologie metal AM do vašeho dodavatelského řetězce.

Často kladené otázky (FAQ) o oběžných kolech čerpadel tištěných na 3D tiskárně

Vzhledem k tomu, že se aditivní výroba kovů stává stále rozšířenější pro výrobu kritických součástí, jako jsou oběžná kola čerpadel, inženýři a manažeři nákupu se často ptají na možnosti této technologie, její omezení a srovnání s tradičními metodami. Zde jsou odpovědi na některé časté otázky:

1. Jaká je pevnost a odolnost kovového oběžného kola vytištěného na 3D tiskárně ve srovnání s oběžným kolem odlitým nebo opracovaným?

Mechanické vlastnosti (pevnost, odolnost, únavová životnost) 3D tištěného kovového oběžného kola mohou být srovnatelné a někdy i lepší než u oběžných kol vyrobených tradičními metodami, na adrese že je splněno několik podmínek:

• Optimalizace procesů: Parametry procesu AM musí být pečlivě optimalizovány pro konkrétní materiál, aby bylo dosaženo vysoké hustoty (obvykle >99,5 %, často >99,9 % po HIP).
• Vhodné následné zpracování: Tepelné zpracování (např. uvolnění napětí, žíhání v roztoku, stárnutí) je rozhodující pro dosažení požadované mikrostruktury a mechanických vlastností slitiny. Často se doporučuje izostatické lisování za tepla (HIP), zejména u kritických únavových aplikací, protože pomáhá uzavřít vnitřní mikroporozitu, výrazně zlepšuje únavovou životnost a tažnost, čímž se vlastnosti blíží standardům pro tepané materiály nebo je překračují.
• Kvalita materiálu: Pro konzistentní výsledky je nezbytný vysoce kvalitní kovový prášek určený pro AM (jako je prášek vyráběný společností Met3dp).
• Design: Ačkoli AM umožňuje vytvářet složité tvary, je třeba dodržovat správné DfAM, aby nedocházelo ke koncentraci napětí.

Lze shrnout, že dobře navržené, správně vytištěné a správně dodatečně zpracované AM oběžné kolo s použitím vysoce kvalitních materiálů může dosáhnout nebo překonat výkonnost odlévaných protějšků a přiblížit se vlastnostem součástí obráběných z kovaných sochorů, zejména po HIP.

2. Je 3D tisk oběžných kol nákladově efektivní ve srovnání s tradičními metodami (odlévání, obrábění)?

Nákladová efektivita závisí do značné míry na několika faktorech:

• Objem: Pro velkosériovou výrobu (tisíce stejných dílů) je odlévání obvykle nákladově efektivnější díky amortizaci nákladů na nástroje.
• Složitost: U velmi složitých geometrií oběžných kol, které by vyžadovaly složité formy nebo rozsáhlé víceosé obrábění, může být AM nákladově efektivnější, a to i při nižších objemech, protože složitost nezvyšuje náklady stejným způsobem.
• Přizpůsobení & amp; Prototypování: AM je téměř vždy nákladově efektivnější pro jednorázové prototypy, vysoce přizpůsobené návrhy nebo velmi nízké výrobní série, protože zcela eliminuje náklady na nástroje a umožňuje rychlé opakování.
• Materiál: Pokud je požadovaný materiál velmi obtížné nebo nákladné odlévat nebo obrábět, může AM nabídnout schůdnější výrobní cestu.
• Časová naléhavost: Pokud je rychlá dodávka kritická (např. nouzová výměna), může výhoda rychlosti AM (obejití nástrojů) přinést významnou hodnotu, která může kompenzovat vyšší náklady na jeden díl.

Bod rentability se liší, ale obecně je AM nejkonkurenceschopnější pro složitá, přizpůsobená oběžná kola s malým až středním objemem nebo tam, kde je nezbytná rychlá výroba prototypů/dodávka.

3. Jaká je typická povrchová úprava 3D tištěného oběžného kola před a po následném zpracování?

• Jak bylo vytištěno: Drsnost povrchu (Ra) dílů vyráběných procesem Powder Bed Fusion se obvykle pohybuje v rozmezí 10 až 25 mikrometrů (µm) nebo zhruba 400-1000 mikroin (µin). Drsnost závisí na faktorech, jako je tloušťka vrstvy, velikost částic, materiál, orientace a parametry procesu. Povrchy směřující vzhůru jsou obecně hladší než povrchy směřující dolů nebo ostře nakloněné povrchy ovlivněné podpůrnými strukturami. Tato povrchová úprava je často příliš drsná pro optimální hydraulický výkon lopatek oběžného kola.
• Po následném zpracování: Je možné dosáhnout významných zlepšení:
  • Tryskání korálků / klopýtání: Lze dosáhnout hodnot Ra 5-10 µm.
  • CNC obrábění: Lze dosáhnout velmi hladkých povrchů (Ra < 1 µm) na specifických kritických površích (otvory, těsnicí plochy, případně profily lopatek, pokud jsou vyžadovány).
  • Leštění (ruční nebo automatické): Lze dosáhnout zrcadlového povrchu (Ra << 1 µm), ale je pracný a obvykle vyhrazený pro specifické oblasti nebo aplikace vyžadující extrémně nízké tření.

Dosažení požadované kvality povrchu, zejména na složitých zakřivených plochách lopatek oběžných kol, je klíčovým faktorem při plánování následného zpracování a nákladů.

4. Lze do 3D tištěných oběžných kol integrovat složité vnitřní chladicí kanály?

Ano, rozhodně. To je jedna z významných výhod aditivní výroby kovů. AM umožňuje navrhnout a vytvořit složité vnitřní kanály a konformní chladicí kanály přímo v tělese oběžného kola během procesu tisku. Tyto kanály lze optimalizovat pro:

• Cílené chlazení: Přesné směrování průtoku chladicí kapaliny do oblastí s vysokou teplotou, což je zásadní pro oběžná kola, která pracují s velmi horkými kapalinami nebo ve vysokorychlostních aplikacích.
• Krása prášků odolných proti opotřebení spočívá v jejich přizpůsobivosti. Od těžebních zařízení a automobilových dílů až po řezné nástroje a ventily nacházejí tyto prášky uplatnění v široké škále průmyslových odvětví. Tvarové kanály kopírují obrysy dílu a zajišťují účinnější a rovnoměrnější chlazení ve srovnání s tradičně vrtanými přímými otvory.
• Řízení recirkulace/průtoku: Vnitřní kanály mohou být navrženy tak, aby řídily recirkulaci kapaliny v tělese čerpadla nebo zmírňovaly kavitační účinky.

Návrh těchto kanálů vyžaduje pečlivé zvážení zásad DfAM, například zajištění samonosnosti kanálů, pokud je to možné, nebo navržení vhodných přístupových míst pro odstranění prášku po tisku.

5. Jaké certifikáty bych měl hledat u poskytovatele služeb 3D tisku kovů pro průmyslová oběžná kola?

Požadované certifikace závisí na konečném použití a průmyslových normách:

• ISO 9001: Jedná se o základní standard pro systémy řízení kvality a měl by být považován za minimální požadavek pro každého renomovaného průmyslového dodavatele. Prokazuje, že dodavatel má zavedené procesy pro kontrolu kvality, dokumentaci, neustálé zlepšování a spokojenost zákazníků.
• AS9100: Pokud je oběžné kolo určeno pro letecké nebo obranné aplikace, je často povinná certifikace AS9100. Zahrnuje všechny požadavky normy ISO 9001 a další přísné kontroly specifické pro letecký průmysl (např. sledovatelnost, řízení konfigurace, řízení rizik).
• ISO 13485: Pro aplikace lékařských čerpadel by byla relevantní tato certifikace specifická pro systémy řízení kvality lékařských přístrojů.
• Certifikace materiálu: Ujistěte se, že poskytovatel může dodat certifikáty o zkouškách materiálu (potvrzující chemické složení a někdy i základní mechanické vlastnosti dávky prášku) a certifikáty o shodě pro konečné díly.

Hledejte poskytovatele, jako je Met3dp kteří zdůrazňují svůj závazek ke kvalitě a disponují potřebnými systémy a případně certifikacemi, které jsou relevantní pro náročná průmyslová odvětví.

Závěr: Inovace v oblasti manipulace s kapalinami pomocí 3D tištěných oběžných kol z vlastního kovu

Výzvy, které přináší drsné provozní prostředí - vyžadující extrémní odolnost proti korozi, stabilitu při vysokých teplotách a odolnost proti opotřebení - vyžadují pokročilá řešení pro kritické součásti čerpadel. Pro dosažení optimálního výkonu, účinnosti a spolehlivosti jsou klíčová oběžná kola na míru, speciálně přizpůsobená jedinečným požadavkům aplikací v chemickém průmyslu, námořnictví, ropném a plynárenském průmyslu, energetice a dalších odvětvích.

Aditivní výroba kovů se stala mocným nástrojem, který překonává omezení tradičního odlévání a obrábění. Využitím 3D tisku kovů získávají společnosti přístup k:

• Bezprecedentní svoboda designu: Vytváření vysoce komplexních, optimalizovaných geometrií oběžných kol, které byly dříve nedosažitelné, což vedlo k výraznému zlepšení hydraulické účinnosti a výkonu.
• Pokročilé materiálové schopnosti: Využívá vysoce výkonné slitiny, jako jsou IN625 a CuNi30Mn1Fe, vybrané speciálně pro svou výjimečnou odolnost vůči korozi, teplotě a opotřebení v náročných prostředích.
• Zrychlené inovační cykly: Rychlé prototypování a iterace návrhů k dosažení optimálního výkonu mnohem rychleji, než umožňují tradiční metody.
• Výroba na vyžádání a na míru: Nákladově efektivní výroba oběžných kol v nízkých až středních objemech bez neúměrně vysokých nákladů a doby přípravy nástrojů, což umožňuje řešení na míru a efektivní správu náhradních dílů.

Využití plného potenciálu technologie AM na bázi kovů však vyžaduje více než jen přístup k tiskárně; vyžaduje odborné znalosti v oblasti materiálových věd, principů DfAM, řízení procesu a komplexního následného zpracování. Spolupráce se správným poskytovatelem služeb má zásadní význam.

Met3dp je lídrem v oboru a nabízí synergickou kombinaci nejmodernějších systémů AM pro kovy (včetně špičkové technologie SEBM), vysoce kvalitních sférických kovových prášků vyráběných ve vlastní režii pomocí pokročilých atomizačních technik a desítek let společných zkušeností v oblasti aplikací aditivní výroby. Náš závazek přesahuje pouhý tisk dílů; spolupracujeme s organizacemi na vývoji komplexních řešení a poskytujeme inženýrskou podporu a přísnost procesů potřebnou k řešení náročných komponent, jako jsou například oběžná kola na zakázku pro drsná prostředí.

Ať už hledáte zvýšenou odolnost proti korozi s IN625, vynikající odolnost proti biologickému znečištění a mořské vodě s CuNi30Mn1Fe, nebo zkoumáte jiné pokročilé slitiny pro své systémy pro manipulaci s kapalinami, AM kovů nabízí cestu k významným zlepšením.

Jste připraveni změnit výkon svého čerpadla? Prozkoumejte možnosti 3D tištěných oběžných kol z kovu na zakázku. Kontaktujte Met3dp ještě dnes prodiskutovat vaše specifické požadavky na aplikace a dozvědět se, jak mohou naše pokročilá řešení aditivní výroby podpořit inovační cíle vaší organizace.