雷尼紹與HiETA合作開發(fā)金屬3D打印解決方案

1、雷尼紹與HiETA合作開發(fā)金屬3D打印解決方案HiETA公司是一家專業(yè)的換熱器制造廠商，在雷尼紹的幫助下，HiETA正在將金屬增材制造 (AM) 技術(shù)的應(yīng)用范圍從原型制造擴(kuò)展到商業(yè)化生產(chǎn)。具體而言，該公司近期添置的雷尼紹RenAM 500M系統(tǒng)大幅縮短了產(chǎn)品加工時(shí)間，繼而顯著降低了生產(chǎn)成本。RenAM 500M是一款專門為工廠車間的金屬部件生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的激光粉末床熔化式增材制造系統(tǒng)。這款新設(shè)備不僅集成了功能強(qiáng)大的500 W激光，還配備了自動(dòng)化粉末處理系統(tǒng)，因此加工速度比先前的型號(hào)更快；與此同時(shí)，工藝質(zhì)量的一致性得到提高，而操作人員操作機(jī)器的時(shí)間明顯縮短。背景HiETA成立于2011年，主要業(yè)務(wù)為

2、利用金屬增材制造方法研制適用于各種散熱系統(tǒng)的復(fù)雜、輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)零件。該公司生產(chǎn)的零件包括用于微型燃?xì)廨啓C(jī)的同流換熱器、渦輪機(jī)和燃燒組件，用于燃料電池和集成式廢熱回收系統(tǒng)的相變換熱器，以及用于高效能內(nèi)燃機(jī)的組件，如用于廢氣處理的渦輪機(jī)和型材。Stephen Mellor是HiETA公司董事會(huì)聘任的第一位員工，他曾在使用增材技術(shù)生產(chǎn)換熱器方面獲得過多項(xiàng)專利，現(xiàn)在擔(dān)任公司的首席項(xiàng)目工程師。他最初在英國?？巳卮髮W(xué)學(xué)習(xí)工程專業(yè)時(shí)接觸到了增材制造，后來在攻讀博士學(xué)位期間便專門鉆研這一領(lǐng)域。HiETA如今雇用超過二十五名員工，擁有令人印象深刻的一流生產(chǎn)設(shè)施，可涵蓋整個(gè)增材制造產(chǎn)品開發(fā)流程：從了解掌握客戶需求

3、，到完成初步設(shè)計(jì)，再到進(jìn)行流體力學(xué)計(jì)算 (CFD) 以及有限元分析 (FEA)，然后使用雷尼紹設(shè)備進(jìn)行加工，最后進(jìn)行產(chǎn)品測試和驗(yàn)證。挑戰(zhàn)傳統(tǒng)上，換熱器產(chǎn)品通常都是由焊接在一起的薄板材料制成的。設(shè)計(jì)的復(fù)雜性導(dǎo)致制造過程難度大而且耗時(shí)較長，同時(shí)焊接工序所使用的焊料也會(huì)增加零件的整體重量。在HiETA之前，業(yè)內(nèi)對使用增材制造技術(shù)生產(chǎn)換熱器的研究幾乎為零。因此，第一個(gè)挑戰(zhàn)是確認(rèn)增材制造可以成功生產(chǎn)出壁厚足夠薄且質(zhì)量合乎標(biāo)準(zhǔn)的薄板，第二個(gè)挑戰(zhàn)是生產(chǎn)出的完整組件具備傳統(tǒng)換熱器的復(fù)雜功能。第三個(gè)挑戰(zhàn)是使用積累的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，將生產(chǎn)工藝從用于樣品和原型制造過渡到適應(yīng)小批量生產(chǎn)。解決方案HiETA選擇與雷尼紹合作

4、，并在一系列項(xiàng)目中使用了雷尼紹AM250系統(tǒng)。起初，HiETA與雷尼紹密切合作，為生產(chǎn)厚度薄至150微米的鉻鎳鐵合金密封薄板開發(fā)了成套的具體參數(shù)。兩家公司都在各自的AM250系統(tǒng)上使用各種設(shè)定參數(shù)來試制樣品：雷尼紹的工廠在斯塔福德郡的斯通鎮(zhèn)，HiETA的工廠則位于英國布里斯托爾附近的布里斯托爾巴斯科技園。然后，HiETA和雷尼紹對生產(chǎn)出的樣品進(jìn)行熱處理并分析特征。兩家公司利用測試結(jié)果確定了在增材制造機(jī)器上生產(chǎn)薄壁結(jié)構(gòu)的最佳參數(shù)，而且HiETA還針對由激光粉末床熔化技術(shù)制造的換熱器的傳熱參數(shù)制定了設(shè)計(jì)指南。在完成一體式密封壁板的制造之后，下一步驟便是過渡到制造完整的全尺寸換熱器組件，并確保加工用

5、時(shí)處在合理的水平。HiETA就此開展了兩個(gè)項(xiàng)目，位于英國錫爾弗斯通的車輛系統(tǒng)集成商Delta Motorsports也參與其中。第一個(gè)項(xiàng)目是用作電動(dòng)汽車增程器的方形（同流）換熱器。第二個(gè)項(xiàng)目是突破傳統(tǒng)的方形換熱器設(shè)計(jì)，制造形狀更加復(fù)雜的換熱器組件。換熱器形狀越復(fù)雜，工作性能和循環(huán)效率就越高，這將產(chǎn)生綜合優(yōu)勢，并降低成本。針對這一項(xiàng)目選擇的設(shè)計(jì)是可包覆其他組件的環(huán)形同流換熱器，其中含有集成式歧管，可進(jìn)一步精簡系統(tǒng)整體尺寸。借助從這兩個(gè)項(xiàng)目中取得的經(jīng)驗(yàn)，雷尼紹可以進(jìn)一步優(yōu)化增材制造設(shè)備以便今后處理更大的樣品，HiETA則開發(fā)出一種粉末提取工藝，可去除換熱器核芯中的多余粉末材料。結(jié)果HiETA與雷尼

6、紹合作的第一個(gè)成果，便是獲得了如下兩組參數(shù)：第一組為要成功加工薄板結(jié)構(gòu)，需要針對增材制造設(shè)備設(shè)定的基本參數(shù)，第二組為要預(yù)測由雷尼紹設(shè)備生產(chǎn)的換熱器的性能，制造商需要預(yù)先獲取的參數(shù)。實(shí)驗(yàn)得到的熱傳輸和流體數(shù)據(jù)已導(dǎo)入到HiETA使用的CFD以及有限元分析程序中。這些程序可初步評估新的組件設(shè)計(jì)將具備哪些預(yù)期性能，進(jìn)而為設(shè)計(jì)方案能否滿足客戶需求提供理論佐證。同時(shí)，雷尼紹增強(qiáng)了軟件功能，由于增材制造工藝需要將零件切成薄層并逐層加工，因此完整的換熱器分層數(shù)據(jù)十分龐大，而新版軟件可以更快地處理這些數(shù)據(jù)，并針對完整組件創(chuàng)建所需的加工說明。使用AM250系統(tǒng)第一次嘗試制造完整產(chǎn)品時(shí)，HiETA雖然成功得到所需組

7、件，但加工時(shí)間需要十七天。在改進(jìn)了硬件和軟件并優(yōu)化了工藝參數(shù)之后，這一時(shí)間縮減至八十個(gè)小時(shí)。詳細(xì)周密的測試表明組件能夠滿足壓降和換熱要求。然而，相較于傳統(tǒng)方法制造的同等性能組件，增材制造方法可使其重量和體積減少約30%?！霸趲缀跛许?xiàng)目中，我們都在嘗試減輕組件重量并解決熱量管理問題，”Stephen Mellor解釋道，“通過與雷尼紹開展合作，我們能夠生產(chǎn)出重量和體積比市場上同類產(chǎn)品減小約40%的換熱器組件。之所以能夠做到這一點(diǎn)，是因?yàn)槔美啄峤B技術(shù)，我們可以設(shè)計(jì)和制造出許多新穎且高性能的內(nèi)部薄板，并集成為單個(gè)組件，而使用傳統(tǒng)方法則很難實(shí)現(xiàn)?！痹趹{借雷尼紹AM250取得成功之后，HiETA投資

8、購買了功能更為強(qiáng)大的RenAM 500M系統(tǒng)，以更好的成本效益啟動(dòng)了換熱器組件的小批量商業(yè)化生產(chǎn)。“我們現(xiàn)在既有為商用發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)零件的項(xiàng)目，也有為要求極為苛刻的客戶生產(chǎn)零件的項(xiàng)目，”他補(bǔ)充道，“我們使用雷尼紹的增材制造技術(shù)，以具有競爭力的成本生產(chǎn)非常復(fù)雜的高性能零件。”詳情請?jiān)L問additive-完-關(guān)于雷尼紹雷尼紹是世界領(lǐng)先的工程科技公司之一，在精密測量和醫(yī)療保健領(lǐng)域擁有專業(yè)技術(shù)。公司向眾多行業(yè)和領(lǐng)域提供產(chǎn)品和服務(wù) 從飛機(jī)引擎、風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)制造，到口腔和腦外科醫(yī)療設(shè)備等。此外，它還在全球增材制造（也稱3D打?。╊I(lǐng)域居領(lǐng)導(dǎo)地位，是英國唯一一家設(shè)計(jì)和制造工業(yè)用增材制造設(shè)備（通過金屬粉末“打印”零件）的公司。雷尼紹集團(tuán)目前在35個(gè)國家/地區(qū)設(shè)有70多個(gè)分支機(jī)構(gòu)，員工逾4,000人，其中2,700余名員工在英國本土工作。公司的大部分