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增材制造技术正蓬勃发展，其主要优势在于它有潜力在提高零件质量的同时减少生产时间。而达成这一目标的主要障碍是设计不够精准。芬兰技术巨头 Wärtsilä 借助 Amphyon 的金属增材仿真能力来克服这个问题，并使用增材制造一次成功生产泵叶轮。
芬兰瓦锡兰：用 Amphyon 金属增材仿真能力高效打印泵叶轮
Client
Wärtsilä
Location
芬兰
Challenge
在提高零件质量的同时减少生产时间
什么是泵叶轮
泵叶轮是离心泵的旋转部件，从旋转中心向外加速流体。 从能源业到海运业，泵叶轮都得到了广泛的应用，且不同的应用往往需要定制不同的泵叶轮。因此，制造商通常大批量生产叶轮，以确保随时满足各类不同需求。
尽管泵叶轮随处可见，可它们造价高昂。其制造和储存成本太高，使得企业需要寻找更经济的替代品，探索增材制造技术带来的新的可能性。
增材制造赋能Wärtsilä制造泵叶轮
Wärtsilä 是一个非常具有前瞻思维的企业。近200年前，Wärtsilä 成立于芬兰，为船舶和能源市场提供创新技术和生命周期解决方案，并已在该领域确立其领先地位。拥有如此强大的工程“基因”，该公司带头优化叶轮生产过程就不足为奇了。其远见卓识促成了使用增材制造技术制造的泵叶轮的问世，在不牺牲其坚固性的前提下，它比常规泵叶轮更轻。
该款叶轮经过了两次迭代，每次都变得更轻，且经过数百小时的测试，在标准操作下未出现破损、故障或错位问题。该泵叶轮的成功生产使得 增材制造技术降低生产成本的目标承诺离实现更近了一步。
用增材制造技术取代传统制造方法也可减少企业开支。 铸造原型通常需要花费数万欧元，而使用增材制造技术，Wärtsilä 不再需要进行这道工序，备件可按需现场生产，使漫长的交货时间和昂贵的存储成本成为过去时。
Oqton Amphyon助力Wärtsilä
叶轮制造期间，Wärtsilä 联手Oqton旗下的金属增材仿真软件 Amphyon，合作取得了一些突破性的成就， 包括打印颇具生产难度的旋转部件，大大减少制造周期和后处理成本。
“事实证明，不同企业为共同目标奋斗，共享前沿专业技术成果时，其产生的力量非常强大。” Wärtsilä 增材制造专家 Francesco Trevisan说，"该叶轮已经体现了某些技术创新，并为其在船用发动机中的最终应用提供了很高的价值。我们已经生产出了此前难以想象的轻量化部件，这为增材制造在船舶工业中的更多应用打开了新思路。"
仿真是金属增材制造成功的关键
该项目能取得如此成果，Amphyon 居功至伟。通过仿真模拟实际增材制造生产过程，并为用户提供模型预变形功能，从而补偿生产过程中产生的任何变形，Amphyon剔除了该过程中的所有不确定因素。
通常在没有仿真软件辅助的情况下，需要通过迭代来完善金属打印模型，即不断制造同一部件的不同版本，直到获得符合预期效果的部件。而金属增材制造的每一次迭代都成本高昂。借助 Amphyon 模拟金属增材制造过程和预变形设计模型的能力，能在减少的零件版本和降低成本的同时兼顾设计的精确性。
为了防止变形，工程师在 Amphyon 上进一步调整了设计方案。Oqton Amphyon考虑了制造过程中的热应力、应力消除和支架移除，以便计算泵叶轮的翘曲。Amphyon未对复杂的晶格结构进行网格划分，而是采用了一种新的等效替代方法，大大减少了计算时间。一个普通的CAD工作站上只需 1 小时 35 分钟即可完成最终分析。 Wärtsilä 通过仿真生成变形补偿或预变形的模型，从而得到一个接近原始设计的轻量化零件。
该叶轮已经体现了某些技术创新，并为其在船用发动机中的最终应用提供了很高的价值。Wärtsilä 已经生产出了此前难以想象的轻量化部件，这为在船舶工业中的更多应用打开了新思路。
重量最小化和性能最大化两者兼并
通过在某实验室生产的真实比例发动机，对产出的泵叶轮进行了测试。在不同的发动机载荷下，进行了多种测量以掌握其性能。测试使用了真实的环境条件，如 120⁰C 高温和超过 2600 转/分的转速。
"通过与Oqton合作共享知识成果，我们研发出一款应用，将能源领域的增材制造应用推向了新的高度，" 项目经理 Lorenz Kropholler 称，"设计、预变形和生产领域创新工具的结合产生了一个各种性能优越的零件，集诸多优点于一身，如重量最轻、性能最大化和短至数天的交期"。
Wärtsilä
Wärtsilä 是来自芬兰的船舶和能源市场的创新技术和生命周期解决方案的全球领导者，是芬兰赫尔辛基纳斯达克OMX的上市公司。Wärtsilä 致力于可持续技术和服务方面的创新，帮助客户不断提高其环境和经济效益。Wärtsilä 在 68 个国家的 200 多个地点分布有 17000 名敬业热情的专业人员，共同推进全球范围内的产业去碳化转型。2021 年，Wärtsilä 净销售总额达 48 亿欧元。
