金属3D打印如何使设备燃烧利用率提高67%？

独角兽金属3D打印公司Desktop Metal一直希望实现金属3D打印的成本、速度和质量之间的最优化，以此来推动这项技术的普及。自2017年四月，Desktop Metal推出了Studio系统，（起售价为49,900美元，加上脱脂和烧结炉，价格大约是12万美元。），那么时至如今，Desktop Metal在市场上获得了什么样的应用？本文将带您通过3D打印燃料雾化器案例来领略基于Desktop Metal的技术，应用端开发的提高燃油效率和减少排放的解决方案。

 克服传统制造技术局限

 快速制造带来经济性

生产高效、清洁的空气燃烧系统需要多种制造技术，然而目前为油轮制造的燃料雾化器达到了一定的性能实现极限。为了方便传统技术的加工，雾化器通常设计为带有直孔和简单的几何形状，但功能并不理想。

为了实现设计改进和效率提升，意味着从原来的CNC数控加工转向另一种制造技术：金属3D打印。John Zink Hamworthy Combustion是一家致力于清洁空气燃烧技术和排放控制系统的公司，自2019年以来，John Zink以Desktop Metal的Studio系统的来进行各种零件的原型和小批量生产。

Desktop Metal的技术使得John Zink可以快速生产17-4和316L不锈钢零件，并且运营成本更低。自2019年安装Studio系统以来，John Zink已经发现了该技术的许多增值应用程序。Studio系统的第一个胜利是在原型制作方面，这使该公司能够设计和测试金属部件，然后再通过铸造或其他生产技术投入生产。

不过这些原型的制作并没有发挥出增材制造复杂产品的潜力，因为这些原型中的大多数将继续通过铸造或机加工生产，使得从设计源头就没有充分发挥增材制造的全部优势。

现在，John Zink公司通过金属3D打印可以经济有效地少量生产可以真正发挥增材制造技术优势的应用，例如燃料雾化器就是一个例子，通过3D打印，其性能获得了显著提高，而通过传统制造技术则无法实现。

原始的燃油雾化器是一个很小但很简单的机加工钢制零件，燃料和蒸汽在其内部腔室中混合在一起，并通过圆形钻孔通道排出。像这样的燃烧组件可以根据它们的调节比进行分类，这种关系描述了最大通过量与最小通过量的关系。较高的比率表示较高的效率水平。当船舶在港口或缓慢行驶时，机加工的雾化器在低负载下的调节比为15：1。

 机加工和3D打印的燃油雾化器

为了提高雾化器的燃油效率，John Zink的团队首先提出了三种不同的设计，这些设计通过Desktop Metal的Studio System进行原型制作，然后在现场进行测试。团队最终将雾化器与其底座整合在一起，以消除接头处泄漏的危险，并通过计算流体动力学（CFD）仿真模拟对设计进行验证，以精化通道。

最终经过重新设计的雾化器具有像翼片一样的鳍片，可减少零件和菜豆形通道所需的总材料，如果没有增材制造，这种几何形状将无法实现。

燃料雾化器最终将通过选区激光熔化金属3D打印技术在外部生产，但是结合了Desktop Metal的Studio System可以更快地到达最终设计，并且节省了首次运行的时间和成本。通过选区激光熔化金属3D打印技术，燃料雾化器可以在8天内生产，成本为1200美元；相比之下，通过粘结剂喷射金属3D打印技术在5天内生产，成本仅为300美元。

当然，3D可打印设计的主要优点是它提高了燃油雾化器的效率， 3D打印的燃油雾化器的调节比为25：1，与原始机加工零件相比，燃油效率提高了67％。新设计还将每小时油耗从120公斤降低到38公斤；新设计大约每年每艘油轮可节省90,000美元至160,000美元的燃料成本。