21 февраля 2019
Кейс: 3D-печать импеллера
Андрей Попков
Руководитель департамента маркетинга и сбыта
В Аддитивные Решения обратилась компания Интас Пауэр Системз (IPS) с задачей изготовить импеллер из нержавеющего сплава для экспериментального жидкостного насоса высокого давления.

Для изготовления импеллера классическим способом производства требуется высокоточный дорогой 4-х или 5-ти осевой фрезерный станок с ЧПУ. Возможно изготовление методом литья, но это дорого и долго, так как требуется сперва изготовить прессформу. Поэтому была выбрана 3D-печать металлом.

На фото ниже можно увидеть импеллер уже на валу, до и после пескоструйной обработки и небольшой шлифовки. Напечатанное изделие потребовало всего лишь небольшой постобработки в пескоструйной камере для снятия неровностей после печати и обработки на шлифовальном станке, то есть минимум операций по доводке.
Импеллер на валу, до и после пескоструйной обработки и небольшой шлифовки
Балансировка

Далее следовала самая сложная процедура - балансировка импеллера. Так как обороты в рабочей зоне насоса от 6000 до 10000 оборотов в минуту, биения не допустимы. Балансировка выявила небольшой дисбаланс в районе 0.23-0.7 грамма на лопасть. При этом данный параметр близок к аналогичному изделию, выполненному на 4-х, 5-ти осевых координатных обрабатывающих центров с ЧПУ. Балансировка делалась методом засверливания с торцевой части импеллера в массиве возле отверстия под вал. Импеллер отбалансирован до степени нулевых биений.

Испытания

Испытания уже на собранном насосе показали полную работоспособность отпечатанного импеллера - эксплуатационные показатели равны импеллеру, изготовленному на фрезерном станке с ЧПУ из монолитной болванки. Импеллер во время испытаний под нагрузкой выдержал, как рабочие обороты, так и повышенные до 14500 оборотов в минуту без разрушения и коробления лопастей в течение нескольких суток работы на стенде.

После отработки испытательных часов импеллер подвергся изучению. Признаков кавитационных разрушений не отмечено. Испытания проводились в разных режимах на прокачке различных жидкостей с различной вязкостью и плотностью. Отработка на прокачке агрессивной жидкости (вода с повышенной концентрацией соли и соды) признаков агрессивного влияния на сам сплав не выявила.
Выводы о 3D-печати металлом:

  1. Очень удобно для выполнения НИОКР: хорошее решение при изготовлении опытных образцов деталей и конструктивов.
  2. Пригодно, если необходимо быстрое изготовление небольшой опытной партии изделий.
  3. По получаемому конечному результату изделие близко к изготовленному на фрезерном станке с ЧПУ.
  4. 3D-печать металлом при опытных партиях и штучных изделиях выгоднее даже порошкового литья (дешевле, быстрее) в виду отсутствия промежуточного этапа - необходимости изготовления литейной формы
  5. 3D-печать проигрывает по себестоимости изготовления только высокоточным фрезерным 4-х, 5-ти координатным станкам, опять же, если таковые имеются у заказчика. Но на 3D-принтере возможно изготовление детали с пустотами и каналами сложной формы, которые на фрезерном станке изготовить не возможно.
Отзыв IPS
Обновление:

Спустя несколько месяцев от IPS пришла обратная связь по первой итерации импеллера:
Кстати, один из прошлых сделанных Вами импеллеров 70мм 4-х лопастной отработал на ресурсных испытаниях на тестовой установке уже более 3500 часов, причем в разных режимах, в том числе с 2-х и 3-х кратными перегрузками и на максимально допустимых оборотах установки 19500 об. мин.

РЕСПЕКТ - разрушений кавитационных и механических пока не отмечено.

Еще информация, которая Вам может быть полезной - сделали для сравнения такие импеллеры методом литья (в форму) и фрезерованный.

Ваш импеллер и фрезерованный работают, литой при 3-х кратной нагрузке начал частично механически разрушатся. Наши технари считают, что основная причина это то, что при литье часто появляются внутренние каверны в изделии (пустоты), из-за которых прочность изделия не достаточная.

Это касается в основном литья в форму обычным методом (не порошковое и не в центрифуге, там каверны редкость). Есть еще литье в вакууме, там тоже такие проблемы не часто увидишь.

Можно сказать, что технология 3D печати металлом имеет преимущества перед литьем в формы стандартным методом именно в том, что нет риска образования каверн в теле детали, деталь имеет более однородную структуру материала.
Владислав Савин, Заместитель директора по техническим вопросам ООО Интас
Получить бесплатную консультацию 3D-эксперта
Другие материалы