紐波特紐斯造船廠 NNS的造船廠,在新建的“杰拉爾德·R·福特”級航空母艦“企業號” CVN-80上,安裝了首個采用增材制造,俗稱D打印的技術,制造的閥門歧管組件,安裝在泵房內。閥門歧管組件用于將單一來源的液體分配到艦上的多個位置,隨著該技術在“企業號”的應用,他們還計劃安裝在“多里斯·米勒”號 CVN 81上的類似組件也將采用增材制造技術,而非傳統鑄造方法。
他們自己介紹:正是這一工藝變革從而降低工期風險并提高了相應零件的生產效率。截至目前,造船廠已經為新建艦艇和現役艦艇生產并安裝了超過55個增材制造零部件,并計劃在今年額外安裝超過200個零部件。從中看到部分零件制造工藝變革也是一個逐步嘗試的過程。
3D Systems 公司提供給紐波特紐斯造船廠的3D打印設備,能夠實現±20-50微米(約0.001英寸)的精度和重復性,可以制造出傳統加工方法無法加工的復雜形狀。該3D打印機可使用的現成OEM材料包括:鋁合金 AlSi12,馬氏體不銹鋼等,和多種鈦合金。
經過認證的3D打印零部件有望縮短艦艇建造和交付周期,減少生產前置時間,并提高關鍵部件的制造質量。美國海軍長期以來一直對使用增材制造進行零件更換感興趣,因為增材制造可以提供一種經濟高效且更快速的方式來更換損壞的零件,尤其是當他們的艦船遠離陸地,在海上航行時,設備維護保養過程中,往往急需零件應急。增材技術不失為一種不錯的臨時解決方案。
這也算一次工藝的合理選擇,聯合技術公司早年強調適宜技術適宜工藝,包括過度加工也是浪費,泵類箱體類零件通常先制作鑄件毛坯,前期還需開發鑄造用鋁模,有了鑄件毛坯后進行機加工,最后探傷撿漏,如果有結構復雜,尤其是加工死角,需要專用工裝夾具,專門設計刀具加工,這又涉及刀具開發等,工程量之巨大和周期之長可想而知。而艦船上此類零件,通常批量又不大。
這類零件,精度對于精密零件而言可忽略,尤其是形位公差,屬于比較簡單的,沒有嚴格的空間位置精度,關注點通常是O型圈槽等密封方面的細節,如槽的深度,槽三個面的光潔度,確保密封件工作完美,僅此而已。3D 增材工藝能減少工藝步驟,尤其是鑄件,而且鑄件工藝自帶拔模斜度等,有一定材料浪費,如果發生裝配干涉,有時候還需額外機加工。
工藝選擇還關聯是否是壓力容器,如果沒有太大壓力,那就再合適不過了。總之工藝選擇是一門學科,每一種加工工藝都有其優缺點,合適的工藝選擇,工藝路線,基于所在Facility 的現有設備,生產批量,經濟與否,交付周期,經驗和外部協作能力等。所以美國航母這類零件,批量小,介質工況一般,沒太大管路壓力,精度要求一般,體積不大,采用增材打印替換鑄造是一個不錯的方案。
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