机加工和3D打印的燃油雾化器

金属3D打印技术如何提高设备燃烧利用率?

为了提高雾化器的燃油效率,John Zink的团队首先提出了三种不同的设计,这些设计通过Desktop Metal的Studio System进行原型制作,然后在现场进行测试。团队最终将雾化器与其底座整合在一起,以消除接头处泄漏的危险,并通过计算流体动力学(CFD)仿真模拟对设计进行验证,以精化通道。

最终经过重新设计的雾化器具有像翼片一样的鳍片,可减少零件和菜豆形通道所需的总材料,如果没有增材制造,这种几何形状将无法实现。燃料雾化器最终将通过选区激光熔化金属3D打印技术在外部生产,但是结合了Desktop Metal的Studio System可以更快地到达最终设计,并且节省了首次运行的时间和成本。通过选区激光熔化金属3D打印技术,燃料雾化器可以在8天内生产,成本为1200美元;相比之下,通过粘结剂喷射金属3D打印技术在5天内生产,成本仅为300美元。

当然,3D可打印设计的主要优点是它提高了燃油雾化器的效率, 3D打印的燃油雾化器的调节比为25:1,与原始机加工零件相比,燃油效率提高了67%。新设计还将每小时油耗从120公斤降低到38公斤;3D科学谷了解到新设计大约每年每艘油轮可节省90,000美元至160,000美元的燃料成本。

Review

实现更充分的燃烧,3D打印正在提升人类对资源的利用率,颠覆不仅仅来自于制造技术,更来自于以功能导向的设计。

航空航天

航空航天领域,最典型的案例是GE燃油喷嘴,燃油喷嘴头内,迷宫一般复杂的流道将燃油与空气高效混合,可以帮助发动机实现优越的性能。而LEAP项目的成败,很大程度上取决于燃油喷嘴的好坏。这个结构最终只有核桃般大小,里面却有14条精密的流体通道。这个设计虽然精妙,但它太过复杂,几乎造不出来。GE通过传统的制造加工方式尝试了8次,但每次都失败了。传统方法并不能解决的问题,3D打印机就像一支激光笔一样,根据电脑绘图,一层一层地将细金属粉末熔融成最终形状。正适合燃油喷嘴这样复杂精密部件的制造。此外,3D打印所产生的废料也比传统生产方法少很多。

能源

能源领域,此前,3在《GE通过3D打印改进燃气轮机中的燃料和空气的预混合》一文中提到,3D打印技术使得制造复杂形状的预混合器成为现实,GE通过3D打印的预混合器带来的旋涡运动有助于使液体燃料与空气雾化和混合,使得除了气体燃料之外还能够使用液体燃料。并且可以产生喷射稳定的火焰,带来较低的动态性和较高的火焰稳定裕度,而高出口速度可用于减少或消除火焰回火风险。