隨著增材制造的不斷成熟和發展，一個明顯的趨勢是金屬增材制造在一些領域的重要性不斷增加。越來越多的原始設備制造商開始采用金屬增材制造技術，作為創建幾何形狀復雜的輕質零件的一種方式，以至于該行業在未來10年內的價值預計將達到185億美元。然而，這并不意味著金屬增材制造在生產上沒有挑戰，特別是在涉及到關鍵的核心部件時。

在白皮書《Metal in Motion： Redefining CriticalParts Production with VELO3D/運動中的金屬：用Velo3D重新定義關鍵部件的生產》中，領先金屬3D打印機制造商Velo3D為航空航天等行業探討了先進的金屬增材制造如何用于關鍵核心部件的制造。也就是說，通過對微型渦輪機、高壓罐、熱交換器、靜態混合器和渦輪泵等部件的案例研究，他們介紹了如何通過金屬增材制造來克服常見的制造障礙。他們還通過Launcher、Sierra Turbines和其他公司的案例，深入探討Velo3D端到端解決方案的具體優勢。我們看了一下，以更好地了解核心部件使用金屬3D打印的好處。

白皮書鏈接：https://velo3d.com/white_papers/metal-in-motion-redefining-critical-parts-production/？&utm_source=3dnatives&utm_medium=paid&utm_campaign=sp-2022-07-15-emea_metal_in_motion_sponsored_send-lead_gen

現有的制造挑戰是什么？

一般來說，制作核心部件的挑戰分為兩個不同的類別：設計和制造。就設計而言，這是因為零件需要復雜的幾何形狀，并有非常具體的要求。這些都是非常難以通過傳統方法實現的。

以熱交換器為例：顧名思義，這是一類廣泛的核心部件，其作用是將熱量從一個來源（通常是液體或氣體）轉移到另一個較冷的液體或氣體來源，而這兩個來源不會混合。它們是發動機和其他機械的一個關鍵部分，因為它們使它們能夠有效地運行而不會過熱。正因為如此，它們的設計要求非常嚴格。

在論文中，Velo3D解釋說：“在設計中，熱交換器需要在部件的熱側和冷側之間有最大的表面積；分隔它們的壁也需要盡可能薄，以允許盡可能多的熱傳遞，同時保持兩側的密封。在傳熱所需的表面粗糙度和因不同紋理差異而產生的壓降之間，也必須取得平衡。最后，工程師們面臨著生產具有復雜內部通道和薄而高長徑比的交換器的挑戰。”當然，這不僅僅是熱交換器所特有的。大多數核心部件都有設計挑戰，涉及但不限于精確、內部幾何形狀和與多個部件合作。

制造零件也是一個挑戰。對于許多核心部件，傳統的制造涉及許多不同的部件，然后必須仔細地焊接、釬焊或用螺栓連接。可以理解的是，這不僅需要很長的時間，而且可能導致潛在的接頭泄漏，對于一個安全關鍵的部件來說，這顯然是不可能的。

金屬增材制造允許對零件設計進行整合，消除了日后可能成為弱點的連接點的問題。在Sierra渦輪機公司的案例中，他們能夠將其微型渦輪機的61個離散部件整合成一個統一的幾何形狀，其細節和特征是任何其他方法都無法實現的。這種整合實際上將功率密度提高了10倍，并使其效率提高了40倍。這導致大修間隔 （TBO） 的性能提高了近 20 倍。

此外，通過使用增材制造，制造商能夠減少交貨時間和成本。使用金屬增材制造來制造熱交換器，可以將12-18個月的交貨時間縮短到4周。這不僅有助于提高生產過程的效率，還能提高供應鏈的彈性。

使用金屬增材制造設計核心部件

話雖如此，但在創建這些核心部件時，傳統的金屬增材制造也有其弊端。例如，它通常需要使用支撐結構，而這些結構可能很難拆除，而且成本很高，以生產具有先進幾何形狀的零件。然而，正如白皮書中所示，Velo3D的先進金屬增材制造解決方案，已經幫助一些公司克服了傳統制造中的這兩個挑戰，以及傳統增材制造。這一點在Launcher公司的案例中變得很清楚，該公司已成功使用增材制造開發火箭零部件。

Launcher求助于Velo3D，以克服與高壓罐的傳統制造有關的挑戰。這些核心部件的制造很棘手，因為它們需要對尺寸和重量進行優化，同時還要保持足夠的強度以應對極端環境條件。與許多其他部件一樣，制造這些部件也很困難，因為傳統工藝既是手工操作，又是漫長的，涉及許多部件。此外，將所有部件連接在一起所需的每個焊縫、接合面和連接點都是一個潛在的泄漏點。

為了制造高壓罐體，Launcher決定使用Velo3D的端到端先進金屬增材制造解決方案和藍寶石打印機。雖然傳統的增材制造看起來比傳統生產更安全，但情況并不一定如此，因為傳統打印機在打印時需要支撐物。這些支撐物很難去除，不僅增加了生產時間，而且有可能在零件表面造成山谷和山峰，降低疲勞測試時的性能。

另一方面，藍寶石打印機能夠打印45度以下的角度，而不需要任何支撐。得益于此，有可能創建一個整合所有部件的油箱設計，這包括內部管道、支架固定裝置和等距網格。這種整合允許減少重量，當你考慮到為火箭制造零件時需要輕量化時，這一點很重要。

Velo3D的金屬增材制造系統，包括打印準備軟件Flow和質量保證和驗證軟件Assure，使工程師能夠以高質量的表面處理打印他們需要的幾何形狀。液體的內部通道和流道，以及像壓力容器中的大型空腔，都可以在單一的整體設計中打印出來。而且，由于每次構建都有大約1，000個傳感器產生TB級的數據，每個部件中的每道激光軌跡都被跟蹤并驗證其質量。這種設計復雜性和質量控制的結合，使得像Launcher那樣的高壓罐可以在幾天而不是幾個月內完成。

毫無疑問，金屬增材制造在過去幾年已經取得了長足的進步，現在它比以往任何時候都更能成為創建安全關鍵部件的重要工具。當然，當涉及到微型渦輪機和熱交換器等核心部件時，像Velo3D這樣的解決方案希望能徹底改變這個行業。

審核編輯 ：李倩