沖擊式水輪機(jī)是水力發(fā)電的四大機(jī)型之一，轉(zhuǎn)輪是沖擊式水力發(fā)電廠的關(guān)鍵部件，但由于沖擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪是在輪轂上裝有20～25個(gè)曲面水斗，其曲面形狀非常復(fù)雜。目前國(guó)內(nèi)企業(yè)研制的轉(zhuǎn)輪主要是利用國(guó)外80年代的模型轉(zhuǎn)輪型線為基礎(chǔ)，采用整體鑄造、人工打磨的工藝進(jìn)行研制。

水輪的大挑戰(zhàn)

彎道超車(chē)的嘗試

安全性高的沖擊式轉(zhuǎn)輪

該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)根據(jù)沖擊式轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行工況，獨(dú)創(chuàng)了安全性高的增材制造結(jié)構(gòu)，研發(fā)了基于機(jī)器人技術(shù)的轉(zhuǎn)輪增材制造工藝，形成了完整的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)輪增材制造技術(shù)。

后續(xù)的制造過(guò)程驗(yàn)證了該技術(shù)的應(yīng)用，大幅降低了沖擊式轉(zhuǎn)輪的制造成本、周期和難度，具有良好的經(jīng)濟(jì)性，符合研發(fā)預(yù)期，市場(chǎng)前景廣闊。近期，增材制造沖擊式轉(zhuǎn)輪即可裝機(jī)運(yùn)行，其運(yùn)行的安全性、壽命和效率等將得到進(jìn)一步的評(píng)估和驗(yàn)證。

3D打印的最大優(yōu)勢(shì)是用來(lái)制造那些傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)不了的設(shè)計(jì)，包括薄壁，復(fù)雜的形狀這樣的設(shè)計(jì)，用在汽車(chē)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)3D打印經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)（這樣的設(shè)計(jì)通過(guò)傳統(tǒng)制造工藝無(wú)法制造出來(lái)），從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更高的性能。

一般來(lái)說(shuō)，鑄件尺寸越大，需要制造的砂芯數(shù)量就越多。3D打印技術(shù)用于大型鑄件砂模制造方面存在著砂芯排氣、砂芯固定，以及外冷鐵設(shè)置和固定等挑戰(zhàn)。

不僅如此，這些砂模在金屬鑄造過(guò)程中通常還要滿足超高溫、超厚寬斷面、高承壓、干凈、無(wú)損等要求。在這方面，voxeljet-維捷通過(guò)與泵制造商的合作成功制造了3.2噸重的佩爾頓式水輪機(jī)用葉輪。

佩爾頓式水輪機(jī)用葉輪，來(lái)源voxeljet-維捷

通過(guò)voxeljet-維捷大型工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)VX4000一次性完成了全部工作，VX4000的打印面積為4,000 x 2,000 x 1,000 mm（長(zhǎng)x寬x高）。打印過(guò)程為72小時(shí)，之后只需要KBL的專(zhuān)有涂層技術(shù)進(jìn)行后期處理。