3D打印修復康明斯發動機

魔猴君  科技前沿   2633天前

增材制造的好處之一是能減少對存儲的需求。從最終產品到更換零件到模具制造，3D打印可以使我們在需要的時間和需要的地點打印出需要的產品，并以非常快的時間完成定制。不過，3D打印的另一個應用很容易被忽視，那就是零件的修復。

最近，能源部橡樹嶺國家實驗室的研究團隊與康明斯發動機公司合作成功修復了康明斯的重型發動機缸蓋。重型康明斯氣缸蓋在道路上長時間運行后磨損，通常這些鑄鐵部件必須用新的鑄件代替，重新鑄造一個發動機缸蓋是昂貴且耗費時間的。橡樹嶺國家實驗室使用增材制造技術在受損位置沉積高性能合金，就像醫生補牙似的，為受損的部位“補”上欠缺的部分。

首先，這個受損的氣缸蓋損壞的地方很關鍵，并不是普通的部位，而是燃油噴射通道附近損壞。康明斯通過常規的CNC銑削作業將損壞區域加工掉，然后將工作轉交給橡樹嶺國家實驗室。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3D打印機進行預編程，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，通過安裝在5軸CNC頭上的噴嘴將金屬粉末送入到需要修復的區域上。通過激光熔化金屬粉末逐層構建完全致密的部分。這個過程的優點是可用于現有零件的基礎上，使該工藝適用于修補和硬面涂層。

不僅如此，橡樹嶺國家實驗室還修改了DM3D的設備，添加了紅外傳感器來監控溫度，并通過加熱器在修理/重建過程中避免鑄鐵內部應力導致的開裂。由于易于破裂，導致鑄鐵極難修復。橡樹嶺國家實驗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避免開裂和提高部件的熱效率。在增材制造過程中，沉積的合金與現有鑄鐵結合。通過顯微鏡分析顯示出良好的附著力，但修補部件尚未在道路上進行測試。

Niyanth表示，項目的下一步包括測試兩種材料的粘合性和接口的機械性能。之后，該團隊將嘗試由康明斯提出的成分略微差異的合金。接下來的在役測試將是真正的測試，將通過發動機工作狀態中的的強烈加熱/冷卻循環進行測試。

這個有趣的研究顯示了3D打印容易被忽略的潛力：不僅可以更換零件，還可以修復甚至升級現有零件。

汽車行業將從這種應用中獲益，經銷商甚至第三方維修店可以通過3D打印維修所需的零件，不僅減少了庫存的需要，而且降低了訂購零件的運輸成本和縮短了交貨時間。