米国のオークリッジ国立研究所は3Dプリント技術を使ってカミンズエンジンの修理に成功した

この投稿は、Little Soft Bear によって 2017-9-12 10:05 に最後に編集されました。

付加製造の利点の 1 つは、保管在庫の必要性が減ることです。最終製品から交換部品、金型製作まで、3D プリントにより、必要なものを必要なときに必要な場所で非常に短いリードタイムで印刷できます。しかし、見落とされがちな 3D プリントのもう一つの用途は、部品の修理への応用です。アンタークティック・ベアによると、最近、米国エネルギー省オークリッジ国立研究所の研究チームがカミンズ・エンジン社と協力し、カミンズの大型エンジンのシリンダーヘッドの修理に成功したという。以前、南極熊は鉱山機械の修理における3Dプリント技術の応用展望について詳細に説明しました[詳細説明]鉱山機械の脆弱な機器に対する3Dプリント修復技術の応用に関する議論

ヘビーデューティー Cummins シリンダーヘッドは、長時間の走行により摩耗します。通常、これらの鋳鉄部品は新しい鋳物に交換する必要があります。エンジンシリンダーヘッドの再鋳造には、費用と時間がかかります。オークリッジ国立研究所は、付加製造技術を使用して、損傷した場所に高性能合金を堆積させます。これは、医師が歯を詰めて損傷した部分の欠損部分を「埋める」のと同じです。

ORNLのポスドク研究員であるNiyanth Sridharan氏は、同僚のBrian Jordan氏とRyan Dehoff氏とともにこの研究を行った。ニヤンス氏によると、これを修復するプロセスはそれほど簡単ではないという。まず、シリンダーヘッドの損傷部分は非常に重大です。普通の部品ではなく、燃料噴射チャネルに近い部分が損傷しています。カミンズ社は、従来のCNCフライス加工技術を使用して損傷部分を機械加工し、その後、その作業をオークリッジ国立研究所に引き渡した。

次に研究者らは、機械加工する部品の CAD ファイルを描き、3D プリンターを G コードで事前プログラムして、他の基板を必要とせずにフィラー金属材料を部品に直接堆積できるようにします。 G コードは DM3D の指向性エネルギー堆積システムにロードされ、5 軸 CNC ヘッドに取り付けられたノズルを通じて修復する領域に金属粉末を供給します。金属粉末をレーザーで溶融し、層ごとに高密度の部品を作り上げます。このプロセスの利点は、既存の部品に使用できるため、修理や硬質表面コーティングに適していることです。
画像提供: ORNL
さらに、ORNL は DM3D の機器を改造し、温度を監視する赤外線センサーと、修理/再構築プロセス中に鋳鉄の内部応力によって生じる亀裂を防ぐヒーターを追加しました。鋳鉄は割れやすいため、修理が非常に困難です。オークリッジ国立研究所の研究者らは、ひび割れを防ぎ、部品の熱効率を向上させるために、鋳鉄に高濃度のニッケルを添加した。積層造形プロセスでは、堆積された合金が既存の鋳鉄と結合されます。顕微鏡分析では接着性が良好であることが確認されたが、修理した部品はまだ路上でテストされていない。

ニヤンス氏は、プロジェクトの次のステップには、2つの材料の接着性とインターフェースの機械的特性のテストが含まれると述べた。その後、チームはカミンズ社が提案したわずかに異なる組成の合金を試す予定だ。次の稼働試験は実際の試験となり、エンジンの運転状態での集中的な加熱/冷却サイクルを通じて試験されます。

この興味深い研究は、部品の交換だけでなく、既存の部品の修理やアップグレードも可能という、見過ごされがちな 3D プリントの可能性を示しています。

自動車業界はこのアプリケーションから大きな恩恵を受けるでしょう。ディーラーやサードパーティの修理工場でも修理に必要な部品を 3D プリントできるため、在庫の必要性が減るだけでなく、注文した部品の配送コストと配達時間も削減されます。

部品の修理に 3D プリント、特に DED 指向性エネルギー堆積技術を使用することは目新しいことではなく、航空宇宙およびエネルギー分野で広く使用されています。具体的には、これらの修理部品は、付加価値が高く、高価で、大きく、精密であるなど、基本的に一定の共通点があります。一部の材料、特に航空宇宙分野の高温合金部品のコストは依然として非常に高くなっています。

したがって、これらの高価な部品が長年の使用で摩耗し、通常の性能に影響が出た場合、それらを廃棄することは製造経済にとって非常に非経済的であることは間違いありません。 3Dプリント技術はこれらの部品の「命」を「救った」と言え、修復方法によってこれらの部品の使用価値が回復しました。

自動車の再生は非常に実現可能な産業です。調査によると、新しい自動車エンジンの製造にかかるエネルギー消費量は再生の10倍であり、自動車発電機の再生にかかるエネルギー消費量は新品の1/7です。したがって、再製造は、より大きな経済的利益を達成できるだけでなく、計り知れない環境的および社会的利益も得ることができます。これは、グリーン製造が提唱されている今日において、非常に前向きな意味を持ちます。

3D プリント技術が部品の再生の分野で積極的な役割を果たすことは間違いありません。 3D プリント技術を使用したビジネスモデルを模索している企業にとって、再製造はレイアウトの市場参入ポイントとして機能します。
出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
【詳細説明】鉱山機械の脆弱機器への3Dプリント修復技術の応用に関する議論

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