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，開發(fā)大型鑄造砂模3D打印機(jī)。該設(shè)備將用來(lái)優(yōu)化 GE Haliade-X 海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)。

據(jù)悉，這是一種先進(jìn)的大型鑄造砂模3D打印機(jī)，被稱為ACC 3D打印機(jī)（Advance Casting Cell-ACC 3D Printer）。這一設(shè)備的研發(fā)將得到德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)和能源部的財(cái)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(jī)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(yùn)輸?shù)綉?yīng)用地點(diǎn)，這一3D打印機(jī)預(yù)計(jì)減少產(chǎn)品的碳足跡。

合作伙伴們預(yù)計(jì)將在2021年第三季度啟動(dòng)該項(xiàng)目，并在2022年第一季度開始進(jìn)行初始打印機(jī)試驗(yàn)。



▲圖1 粘結(jié)劑噴射的原理，在一個(gè)成型平臺(tái)上先鋪設(shè)一層粉末，隨后打印頭將粘結(jié)劑有選擇性的噴射到所要打印的零件上。然后再鋪設(shè)一層粉末，不斷重復(fù)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(shù)量

該項(xiàng)目涉及開發(fā)一款全新的大幅面3D打印機(jī)，能夠生產(chǎn)砂模用于鑄造構(gòu)成海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)艙的不同形狀和尺寸的高度復(fù)雜金屬部件。基于voxeljet-核心的 "粘結(jié)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(dá)60噸多的鑄造用砂模。

▲圖2 - ACC打印機(jī)將被設(shè)計(jì)用來(lái)打印風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jí)增材設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，砂型粘結(jié)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(jié)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(guó)家進(jìn)行本地化生產(chǎn)，這對(duì)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(jì)發(fā)展效益的客戶來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)鍵的好處。"

弗勞恩霍夫鑄造、復(fù)合材料和加工技術(shù)研究所IGCV負(fù)責(zé)鑄造和材料技術(shù)問(wèn)題，以及工藝過(guò)程數(shù)字化監(jiān)控。"我們正在密切關(guān)注鑄造過(guò)程中的熱管理，我們將評(píng)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主管 Daniel Günther 博士說(shuō)?！按送猓鳛轫?xiàng)目的一部分，我們還將開發(fā)和新的工藝監(jiān)測(cè)方法”。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，該團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)Haliade-X型風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境足跡將大大改善?？沙掷m(xù)性是弗勞恩霍夫研究所工作的一個(gè)堅(jiān)定的指導(dǎo)原則。該研究所所長(zhǎng)Wolfram Volk教授/博士補(bǔ)充說(shuō)："我們的目標(biāo)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(jié)省粘合劑和固化劑，并改善鑄造過(guò)程中的機(jī)械和熱行為。通過(guò)開發(fā)一種盡可能節(jié)約資源的工藝，我們希望幫助改善風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造中的環(huán)境平衡和成本平衡。"

voxeljet-維捷市場(chǎng)和銷售總監(jiān)Christian Traeger說(shuō)："2019年我們?yōu)橥ㄓ秒姎獯蛴〉哪＞哂蓭资畟€(gè)單獨(dú)的零件組成。有了ACC打印機(jī)，我們將致力于大幅減少模具的零件數(shù)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(shè)計(jì)成為可能，可以進(jìn)一步提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行3D打印設(shè)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(jī)的持續(xù)增長(zhǎng)的市場(chǎng)，這將對(duì)按時(shí)完成項(xiàng)目進(jìn)度和滿足需求有很大幫助，"voxeljet-維捷首席執(zhí)行官Ingo Ederer博士補(bǔ)充說(shuō)。"憑借富有成效的粘結(jié)劑噴射技術(shù)并結(jié)合在大幅面工業(yè)3D打印方面的經(jīng)驗(yàn)，我們?yōu)殍T造行業(yè)客戶提供服務(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)開創(chuàng)性項(xiàng)目的成員。"

國(guó)際能源署預(yù)計(jì)，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(jī)項(xiàng)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(biāo)歐洲和美國(guó)5.7GW的項(xiàng)目，為其提供Haliade-X風(fēng)力發(fā)電機(jī)。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(xù)風(fēng)能生產(chǎn)的各種舉措。

[1] 機(jī)艙是風(fēng)力發(fā)電機(jī)塔頂?shù)囊粋€(gè)外殼單元，包含其機(jī)械部件。