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芬蘭技術(shù) W?rtsil? 借助 Amphyon 金屬增材仿真能力制造泵葉輪
閱讀：125 發(fā)布時間：2023-7-19增材制造（AM）技術(shù)正蓬勃發(fā)展，其主要優(yōu)勢在于它有潛力在提高零件質(zhì)量的同時減少生產(chǎn)時間。而達成這一目標(biāo)的主要障礙是設(shè)計不夠精準(zhǔn)。僅僅是完善一個零件，往往就需要經(jīng)過無數(shù)次的原型迭代，每一次迭代都會大幅增加成本。
芬蘭技術(shù) Wärtsilä 借助 Amphyon 的金屬增材仿真能力來克服這個問題，并使用增材制造一次成功生產(chǎn)泵葉輪。
什么是泵葉輪
泵葉輪是離心泵的旋轉(zhuǎn)部件，從旋轉(zhuǎn)中心向外加速流體。從能源業(yè)到海運業(yè)，泵葉輪都得到了廣泛的應(yīng)用，且不同的應(yīng)用往往需要定制不同的泵葉輪。因此，制造商通常大批量生產(chǎn)葉輪，以確保隨時滿足各類不同需求。
盡管泵葉輪隨處可見，可它們造價高昂。其制造和儲存成本太高，使得企業(yè)需要尋找更經(jīng)濟的替代品，探索增材制造技術(shù)帶來的新的可能性。
增材制造賦能Wärtsilä制造泵葉輪
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Wärtsilä 的初代使用增材制造技術(shù)制造的
泵葉輪重量較常規(guī)泵葉輪減輕5%
Wärtsilä 是一個非常具有前瞻思維的企業(yè)。近200年前，Wärtsilä 成立于芬蘭，為船舶和能源市場提供創(chuàng)新技術(shù)和生命周期解決方案，并已在該領(lǐng)域確立其地位。擁有如此強大的工程“基因”，該公司帶頭優(yōu)化葉輪生產(chǎn)過程就不足為奇了。其遠(yuǎn)見卓識促成了使用增材制造技術(shù)制造的泵葉輪的問世，在不犧牲其堅固性的前提下，它比常規(guī)泵葉輪更輕。
該款葉輪經(jīng)過了兩次迭代，每次都變得更輕，且經(jīng)過數(shù)百小時的測試，在標(biāo)準(zhǔn)操作下未出現(xiàn)破損、故障或錯位問題。該泵葉輪的成功生產(chǎn)使得 增材制造技術(shù)降低生產(chǎn)成本的目標(biāo)承諾離實現(xiàn)更近了一步。
用增材制造技術(shù)取代傳統(tǒng)制造方法也可減少企業(yè)開支。鑄造原型通常需要花費數(shù)萬歐元，而使用增材制造技術(shù)，Wärtsilä 不再需要進行這道工序，備件可按需現(xiàn)場生產(chǎn)，使漫長的交貨時間和昂貴的存儲成本成為過去時。
Oqton Amphyon
助力Wärtsilä
Wärtsilä 第二臺使用增材制造技術(shù)制造的泵葉輪
葉輪制造期間，Wärtsilä 聯(lián)手Oqton旗下的金屬增材仿真軟件Amphyon，合作取得了一些突破性的成就，包括打印頗具生產(chǎn)難度的旋轉(zhuǎn)部件，大大減少制造周期和后處理成本。
“事實證明，不同企業(yè)為共同目標(biāo)奮斗，共享前沿專業(yè)技術(shù)成果時，其產(chǎn)生的力量非常強大。” Wärtsilä 增材制造專家 Francesco Trevisan說，"該葉輪已經(jīng)體現(xiàn)了某些技術(shù)創(chuàng)新，并為其在船用發(fā)動機中的最終應(yīng)用提供了很高的價值。我們已經(jīng)生產(chǎn)出了此前難以想象的輕量化部件，這為增材制造在船舶工業(yè)中的更多應(yīng)用打開了新思路。"
仿真
是金屬增材制造成功的關(guān)鍵
Amphyon仿真技術(shù)
該項目能取得如此成果，Amphyon 居功至偉。通過仿真模擬實際增材制造生產(chǎn)過程，并為用戶提供模型預(yù)變形功能，從而補償生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的任何變形，Amphyon剔除了該過程中的所有不確定因素。
通常在沒有仿真軟件輔助的情況下，需要通過迭代來完善金屬打印模型，即不斷制造同一部件的不同版本，直到獲得符合預(yù)期效果的部件。而金屬增材制造的每一次迭代都成本高昂。借助 Amphyon 模擬金屬增材制造過程和預(yù)變形設(shè)計模型的能力，能在減少的零件版本和降低成本的同時兼顧設(shè)計的精確性。
為了防止變形，工程師在Amphyon 上進一步調(diào)整了設(shè)計方案。Oqton Amphyon考慮了制造過程中的熱應(yīng)力、應(yīng)力消除和支架移除，以便計算泵葉輪的翹曲。Amphyon未對復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)進行網(wǎng)格劃分，而是采用了一種新的等效替代方法，大大減少了計算時間。一個普通的CAD工作站上只需 1 小時 35 分鐘即可完成最終分析。Wärtsilä 通過仿真生成變形補償或預(yù)變形的模型，從而得到一個接近原始設(shè)計的輕量化零件。
該葉輪已經(jīng)體現(xiàn)了某些技術(shù)創(chuàng)新，并為其在船用發(fā)動機中的最終應(yīng)用提供了很高的價值。Wärtsilä 已經(jīng)生產(chǎn)出了此前難以想象的輕量化部件，這為在船舶工業(yè)中的更多應(yīng)用打開了新思路。
重量最小化和性能
兩者兼并
通過在某實驗室生產(chǎn)的真實比例發(fā)動機，對產(chǎn)出的泵葉輪進行了測試。在不同的發(fā)動機載荷下，進行了多種測量以掌握其性能。測試使用了真實的環(huán)境條件，如 120?C 高溫和超過 2600 轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速。
"通過與Oqton合作共享知識成果，我們研發(fā)出一款應(yīng)用，將能源領(lǐng)域的增材制造應(yīng)用推向了新的高度，" 項目經(jīng)理 Lorenz Kropholler 稱，"設(shè)計、預(yù)變形和生產(chǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新工具的結(jié)合產(chǎn)生了一個各種性能*的零件，集諸多優(yōu)點于一身，如重量最輕、性能和短至數(shù)天的交期"。
關(guān)于Wärtsilä
Wärtsilä 是船舶和能源市場的創(chuàng)新技術(shù)和生命周期解決方案的。Wärtsilä 致力于可持續(xù)技術(shù)和服務(wù)方面的創(chuàng)新，幫助客戶不斷提高其環(huán)境和經(jīng)濟效益。Wärtsilä 在 68 個國家的 200 多個地點分布有 17000 名敬業(yè)熱情的專業(yè)人員，共同推進了我們在范圍內(nèi)的產(chǎn)業(yè)去碳化轉(zhuǎn)型。2021 年，Wärtsilä 凈銷售總額達 48 億歐元。
源文摘自：Oqton