3D Systems直接金属打印和熔模铸造模型解决方案助力能源OEM全面提升效率

频道：技术日期：2025-12-30 浏览：11

导读：增材制造技术以效率为核心，因此受到能源和脱碳领域企业的热烈欢迎也就不足为奇了。增材制造领域的先驱企业3D Systems早已意识到该技术在这一垂直领域的潜力，拥有超过三十年的能源企业合作经验，通过应用开发、零件生产和技术集成等方式为其提供支持。

3D Systems 的解决方案已经并将继续帮助能源市场参与者克服与系统和供应链的性能和效率相关的诸多挑战。例如，利用增材制造 (AM) 技术快速迭代替换零件，可以有效解决过时和系统停机等问题。通过集成增材制造技术进行按需本地化生产，可以简化复杂的供应链并降低风险，同时还能整合零件编号并最大限度地减少组装需求。此外，通过安装旨在以最小的能源输入实现最大性能的 3D 打印组件，可以提高能源系统本身的效率。最后，借助增材制造技术，可以加速开发新的脱碳技术，确保以最快的速度部署具有生态效益的解决方案。

3D Systems 提供多种增材制造(AM) 生产解决方案，满足能源行业原始设备制造商 (OEM) 的需求，包括用于直接生产热交换器和燃烧器部件等关键组件的工业金属增材制造平台，以及用于生产熔模铸造和砂型铸造模型的基于 SLA 技术的 QuickCast® 系统。但 3D Systems 为能源行业提供的服务远不止于硬件供应：该公司充分利用制造设施和资源，以及应用创新集团 (AIG) 的专业知识，为能源 OEM 集成增材制造解决方案提供支持。

3D Systems表示：“通过培训、咨询以及将预认证的制造工艺转移到您的工厂，我们的专业团队将与您携手合作，贯穿从零件设计到后处理的每一步。”这种合作模式对能源OEM厂商至关重要，他们有望从工业增材制造解决方案中获得性能、正常运行时间和效率方面的优势。

直接生产优化能源组件

3D Systems 的直接金属打印(DMP) 工艺使能源设备制造商能够开发、迭代和生产集成先进几何形状的金属部件，从而优化效率。LPBF 技术兼容多种满足能源应用需求的材料，包括镍基高温合金、钛、不锈钢和铝。此外，得益于独特的真空腔技术，DMP 系统拥有业内领先的低氧环境 (<25 ppm)，从而显著提升部件强度和化学纯度。

能源设备制造商正在利用 3D Systems 的 DMP 系统（提供多种尺寸和激光配置）来加速零件开发并引入更具成本效益的工作流程。例如，在某个案例中，与传统的熔模铸造工艺相比，3D Systems 的增材制造技术使涡轮泵壳体的生产周期缩短了九周。在开发3D打印组件的过程中，3DSystems首先与客户进行沟通，确定他们的目标和需求。随后10天内，双方合作完成了涡轮泵壳体部件的设计并验证。下一步是构建准备和仿真，仅用了四个小时，其中包括使用3DXpert软件准备和优化3D模型，利用NoSupports构建策略将支撑结构减少69%，并模拟构建过程。

整个打印过程耗时75小时，最终得到一个直径445毫米的激光成型Ni718合金零件。据报道，该零件的后处理仅耗时6小时，包括线切割放电加工和玻璃珠喷砂，以获得光滑均匀的表面。总而言之，金属增材制造技术将生产周期从熔模铸造的12周缩短至仅3周，并将人工成本降低了69%。该应用取得成功后，3D Systems公司进一步致力于扩大解决方案的规模，并促进与客户的技术转让。

涡轮泵壳体只是众多应用中的一个例子：直接金属增材制造（DMP）在能源领域有着诸多变革性应用，包括热管理系统（例如热交换器）、燃烧器部件、碳捕集冷凝器等等。在所有情况下，能源设备制造商都能从DMP工艺带来的设计自由度中获益。

对于热管理系统而言，可将保形传热通道直接集成到部件几何形状中，从而在不增加（在某些情况下甚至可以缩小）部件尺寸的情况下增加换热表面积。这些设计特点，以及使用具有优异传热性能的工业金属，可以显著提高能源系统的冷却效率。就燃烧器部件而言，组件可以整合为整体式结构（部件数量减少20倍），从而简化生产链，同时提高性能和燃油效率。部件整合（30倍）和温度控制也是碳捕集冷凝器的重要考量因素，该冷凝器采用可控冷却工艺从气流中分离二氧化碳并将其冷凝。

加速能量部件的铸造

利用3D打印技术改进熔模铸造和砂型铸造工艺已相当成熟：熔模铸造厂使用这项技术已有数十年历史，而砂型铸造企业则是在近几年才开始采用。自成立以来，3D Systems一直致力于通过技术升级支持这些应用。

增材制造在铸造领域的优势显而易见：该技术可直接制造模型，无需任何模具，与传统蜡模相比，成本最多可降低 90%。3D Systems 提供一系列系统，能够以各种尺寸制造蜡模（MultiJet）或可浇铸塑料模（QuickCast），适用于测试和最终产品生产。正如该公司所说：“这些解决方案为铸造厂提供了一种盈利途径，使其能够以前所未有的速度和经济性获得生产级铸件，并更好地响应客户需求。”

在能源领域，3D打印模型可以加速大型金属部件（包括叶轮、定子叶片、壳体和管道）的开发和生产。以管道为例，与传统工具相比，使用3D打印模型制作模型可以实现更高的设计复杂性和精度，从而制造出具有更高效气流结构的壳体和管道。此外，通过将多个部件整合到一个集成设计中（从14个部件减少到1个），最终部件不仅可以减少装配工作量，还可以减少故障点，从而提高可靠性。

通过 3D 打印叶轮模型，能源设备制造商和代工厂可以获得显著优势，包括：得益于拓扑优化几何形状，材料浪费减少高达 80%；与传统蜡模相比，成本降低 90%；产品上市时间缩短高达 30 倍。当然，性能和效率也是关键优势，增材制造 (AM) 可以实现以前无法实现的几何形状，从而提高流量并制造出更轻的结构，降低能耗。