浅谈3D打印技术在电厂的前景

浅谈3D打印技术在电厂的前景

李延峰彭兵兵

（新疆华电吐鲁番发电有限责任公司）

摘要：3D打印技术是一种高效的快速成型技术，从3D打印技术诞生开始，一直受到社会的广泛关注。本文分析了3D打印技术的概念、工作原理和优缺点，并对3D打印技术在火电厂的前景进行展望。

关键词：3D打印技术；工作原理；火电厂；高效性

为保证机组能正常安全的长期运行，每年电厂设备维护花费在百万左右，设备维护视为工作之重。在设备管理中，较为常见的是设备零部件磨损及更换，为求效益最大化，用最简单有效的方法解决设备问题，3D工业打印技术在电厂的应用有了更多的利端。

一、3D打印技术简介

3D打印技术是新世纪逐步发展起来的一种综合性应用技术，被称为是近代第三次工业革命的重要里程碑，目前已在医疗领域、航天领域等，高新科技应用方面有了较多的实验和应用。小到口腔内牙齿，大到汽车、房子。3D打印已逐步的影响到了我们的生活，并带来了更加方便更加快捷的体验。3D打印技术包含了CAD建模技术、3D扫描技术、机电控制技术、信息技术和化学等宽领域的前沿技术知识，具有很高的科技含量。3D打印的核心是3D打印机。根据使用范围不同，可将其分为工业级和商业级。

二、3D打印机的工作原理

3D打印机的工作原理其实很简单，通俗的可以看做是“挤牙膏”手法。前期需要通过运用电脑CAD进行实物设计，设计出一个三维立体模型（也可以通过3D扫描直接成像），而后把胶体或金属粉末等“打印材料”装入3D打印机，由于电脑与3D打印机相连接，通过电脑控制将“打印材料”和立体模型一层层地进行叠加，最后把最初电脑所呈现的三维模型做成了实物。通过连续的“挤牙膏”工艺，直接制造出三维对象的3D打印技术是叠加式制造工序的一种新的表现形式，与传统绘图加工部件工序相比较，3D打印最值得推广的原因在于它能够高效且有效的代替传统加工技术。

三、使用3D打印流程

1、三维设计和3D扫描

最开始运用CAD进行实物建模，前后比对进行修改成型，近几年随着3D技术的快速发展，3D扫描成像技术也逐步完善，运用3D扫描仪前期将实物进行3D扫描后，可直接输出至电脑，通过扫描技术使得3D打印技术的前期建模时间直接省去。有利的保障了3D技术的高效率。

2、3D打印设置及打印

由电脑传至打印机的实物模型，需进一步进行参数设置，来实现最后一步的实物成型。较为重要的参数包含了：材料的直径，激光头的温度，激光头移动速度，材料填充百分比等。材料的直径包含了原始直径和喷出直径，原始直径是材料未进入喷嘴前直径，要尽可能与实物直径相吻合，与喷出直径决定材料给进量的参数。激光头温度是材料挤出口温度，根据材料而定温度高低，如果发现成型实物有弯曲现象，则及时调大激光头温度来解决。移动速度可根据出厂推荐进行设置，激光头速度越快打印越快，则容易喷出的丝条不能完全的固定，第一层打印可设置较慢移动速度，而后可提高速度来加快实物成型。3D打印节省原材料的核心在于填充百分比的设置，在强度要求不高的情况下，例如可以引用蜂窝结构来代替实心结构。对于强度要求高的，不可过于节省原材料，相反可以设置填充结构的层数，提高强度，层数越多强度越高。等温度降低后，人员可以将模型至于水中，支撑材料无需处理将会自行溶解，极大地减轻了人员的劳动量。同时根据使用用途及要求，将3D打印后的实物进行进一步的打磨，保证了实物的锲合度。如果需要，还可以为模型涂上颜料，或者进行其它处理。

四、优、缺点分析

对于火电厂来说，3D打印最大的优点是能够在最短的时间内，加工好设备所需要的零部件，有效地保障设备的正常安全运行。避免了传统加工部件的程序，更减少了加工工具的使用，不需模件以及机床的使用等。直接把计算机的任何形状的三维CAD图形生成实物产品。遇如到电动门涡轮磨损严重，或是法兰损坏又无备品的情况下，可直接加工更换，避免因加工原件而推迟了消缺时间。大大的节省了原件加工费用，同时也节约了加工部件的时间。极大限度的保证检修作业的高效性。3D打印技术可以自动、快速、直接和较精确地将计算机中的三维实物转化为成品实物，甚至直接制造零件或模具。对于较高精度及较高复杂程度的部件，传统手工加工很难将部件及时加工成型。然而3D打印却能在保证精度的同时，保证其加工后实物的部件硬度，传统加工方法不能够加工的或者加工程序较为复杂要求较高的部件，3D打印也能将部件打印，不仅节省加工费用，也节约了材料的成本费。同时，在创新创效方面，3D打印技术的应用可以提高创新创效的实施率。以不同的制造方法，制造更加实用的部件等。

当然3D技术也存在自身的缺点，由于3D技术起步较晚，在工业领域的发展不够普遍。对于3D打印技术来说，虽然解决了时间短、效率高问题，但不得不提3D打印成品的使用性，3D打印实物后，需二次加工打磨，才能更好的应用于设备（针对精度要求高设备）。由于3D打印采用“挤牙膏”式制造工艺，层与层之间是结合一起的，自然与传统模件浇筑成的零部件相比，不能够保证其耐用度，零部件的结构以及材料的纯度决定了零件的使用性能。所以在3D打印的材料选择上，更多的会倾向于硬度较高的钛合金、不锈钢和钴铬合金等材料。对于要求高的部件加工，由于3D打印技术打印成型的部件精度（尺寸、咬合度）、物理性能（硬度、耐磨度）和化学性能等大多不能满足工程实际的使用要求（材料与技术的限制），不能作为较为重要部件使用，直接影响了3D打印技术的实用性。

五、应用发展与展望

在火电厂，随着设备成本日益增加，设备维护不得不用去更多的人力物力。随着3D工业打印技术的快速发展，在未来，电厂会有更多的机械零部件会有3D机械打印机打印制造出。加之伴随发展的3D成像科技，有力推动了3D技术的发展。以成型的三维实物模型，根据使用位置及要求利用与之相对应材料，经过3D打印机打印出与原部件相差无几的产品。伴随着3D材料价格的下降，3D技术的成熟发展，3D打印设备市场将会进一步扩大，尤其是在设备消耗较多，需求量较大的电力行业。3D打印零部件，打印快捷、成本低廉等好处可以帮助企业省去一大笔设备维护费用，提高设备正常运行性能，增强企业竞争力。

参考文献：

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