瓦锡兰增材制造中心WHAM将3D打印用于发动机制造

3D打印技术在制造复杂燃烧部件中所发挥的价值是显著的，而这一价值除了受到了航空航天发动机制造商与燃气轮机制造商的重视之外，也引起民用发动机制造商的重视。

创造新产品

Wärtsilä-瓦锡兰增材制造中心WHAM现在正在使用3D打印为瓦锡兰发动机创建关键的金属部件，该部件已在满负荷测试中获得成功。与全球工程公司Etteplan合作完成了工作，测试的成功清楚地表明3D打印已准备就绪，可以在海洋工业中广泛应用。

瓦锡兰有足够的信心将3D打印零件放入船用发动机中，3D打印所释放的设计自由度为新产品和改善现有产品的性能提供了许多增值的机会。

成功来自生态圈合作

来自EOS、瑞典的AMEXCI和意大利的Additive FVG-以及Etteplan等合作伙伴在整个3D打印用于发动机制造的旅程各个阶段都扮演着不同的角色和参与。

除了跨国合作之外，Etteplan和瓦锡兰都是新的工业生态系统的一部分，致力于将3D打印领域的芬兰企业聚集在一起。芬兰增材制造生态系统（FAME）由20多家公司作为创始成员组成，旨在支持芬兰开发3D打印应用，其目标是支持芬兰在3D打印应用、销售和技术方面成为世界领先的国家，到2030年占全球打印市场的5%。

瓦锡兰增材制造中心WHAM多年来一直在小规模使用3D打印，使其成为海洋工业3D打印趋势的先驱。该小组在其设施中配备了各种3D打印机包括塑料类，碳纤维和金属3D打印机。

认识到3D打印打开的新产品创造空间，瓦锡兰增材制造中心通过与当地的大学合作，长期目标是将瓦锡兰大部分发动机设计所在的瓦萨（Vaasa）打造成为世界一流的3D打印中心，将行业技能与卓越的学术成就相结合。

WHAM的第一个显著成功是在2019年，对重型发动机零件的复合起重工具进行了重新设计。传统上，起重工具是用实心钢制成的，操作起来既昂贵又费时，更不用说笨重且难以运输。3D打印从中证明了其提供的机遇远超期待。

新型3D打印起重工具更轻，更紧凑且更易于使用-还可节省高达100,000欧元的模具成本。这个起重工具举起了240公斤的发动机活塞，并达到了960公斤的惊人最大承重。

 优化活塞和燃料喷雾几何结构

关于3D打印在柴油发动机方面的应用，卡特彼勒（Caterpillar ）与美国能源部（DOE）阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory ）联手研发重型柴油发动机, 双方团队合作优化Caterpillar C15发动机的活塞和燃料喷雾几何结构，从而提高这款发动机的效率、减少排放。他们采用的发动机优化技术包括仿真、高性能计算和增材制造/3D打印。

卡特彼勒和阿贡国家实验室的目标是为柴油发动机设计开发突破性的解决方案。双方将建造和测试重型柴油发动机，以减少排放并提高燃油经济性。此外，合作的另一个目标是降低制造设计成本，缩短将科研技术应用到工业规模制造流程中所需的交付周期。

阿贡国家实验室的高性能计算仿真和卡特彼勒的柴油发动机与增材制造设备将在合作的多个阶段协同工作。在合作时，双方会将卡特彼勒的发动机专业知识与阿贡实验室在燃料喷雾和燃烧建模方面的专业知识相结合，并在这一过程中使用计算流体动力学软件包CONVERGE与实验室的高性能计算系统。

 优化活塞和燃料喷雾几何结构

而先进冷却技术公司（ACT）和韦恩州立大学燃烧物理实验室研发人员正在致力于开发一种先进的重型柴油发动机活塞，这种活塞针对连续、高功率进行了优化。军用地面战斗车辆在沙漠环境操作条件下的重载操作。该项目的申请介绍指出，项目申请方应旨在将峰值气缸压力限值提高到275 bar，将表面温度限值提高到600°C，或提出在等效热负荷下降低表面温度的技术。但是将不考虑在活塞顶使用隔热涂层。

据了解，这个“先进的重型柴油发动机活塞”项目分三个阶段进行。

第一阶段：进行工程分析，支持设计和开发120mm-140mm内径尺寸的原型活塞，该活塞能够在直喷式重型柴油发动机的高负载条件下持续运行。确定所需的热和机械性能，并进行实验室测试，为活塞选择合适的材料。确定独特的制造要求并进行概念性活塞的原型制作，证明所提出技术的可行性。

第二阶段：制造和测试先进的重型柴油活塞原型，可在不影响活塞强度或耐用性的情况下提高燃烧温度和压力。用公差、表面光洁度、防腐蚀和裙边（摩擦）涂层以及制造说明来开发CAD模型和工程图。制定原型活塞的质量检验和批准过程要求。所需的交付物包括发动机测试报告、活塞温度分析、CAD模型、工程图，以及交付符合政府规格的原型活塞。

第三阶段：进一步开发用于商用发动机的先进柴油发动机活塞，并演示多缸发动机的活塞开发。可以预见，该技术也将使未来的商用柴油发动机高效化，特别是在显示出50％的发动机制动热效率的车辆中。

据观察，3D打印活塞在民用汽车制造领域已进入了小批量生产阶段，这一里程碑式的应用是由保时捷与汽车零部件制造商****（Mahle）和金属3D打印设备制造商Trumpf （通快）共同推动的。