Wprowadzenie do kluczowego elementu systemów okrętowych
Na każdej jednostce pływającej znajdują się komponenty, które, choć niewidoczne na co dzień, stanowią o jej sprawności i bezpieczeństwie. Jednym z takich cichych bohaterów inżynierii okrętowej jest eżektor, nazywany również eductorem. To element mechaniczny służący do pompowania jednego płynu przy użyciu energii kinetycznej innego płynu, a jego działanie opiera się na zjawisku znanym jako efekt Venturiego. Co niezwykłe, cały proces odbywa się bez użycia jakichkolwiek części ruchomych czy zewnętrznego zasilania – wszystko dzięki prawom dynamiki płynów. Eżektory są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania statku i znajdują zastosowanie w krytycznych systemach, takich jak systemy zęzowe, balastowe czy przeciwpożarowe. Ich niezawodność jest zatem absolutnym priorytetem dla zachowania pełnej gotowości operacyjnej jednostki.
Tradycyjne metody produkcji i ich ograniczenia
Standardowo eżektory produkowane są metodą odlewania ze stopów miedzi, takich jak brązy cynowe (CuSn), miedzionikle (CuNi) czy brązy aluminiowo-niklowe (CuNiAl). Mimo solidnej konstrukcji, ich środowisko pracy jest wyjątkowo wymagające. Ciągłe narażenie na działanie płynów o dużej prędkości oraz środowisko sprzyjające korozji prowadzi do ich intensywnego zużycia. Prawdziwe wyzwanie pojawia się jednak w momencie, gdy konieczna staje się wymiana. Ocena faktycznego stanu technicznego eżektora jest trudna, a proces zamówienia nowej części wiąże się z szeregiem problemów. Produkcja oparta na odlewnictwie, często realizowana w formie jednostkowych zamówień, oznacza bardzo długi czas oczekiwania na dostawę. W kontekście zastosowań militarnych, gdzie każda godzina przestoju ma znaczenie, tak niska elastyczność w pozyskiwaniu części zamiennych stanowi poważne wyzwanie dla planowania i utrzymania gotowości bojowej.
Technologia DED od Meltio jako nowoczesne rozwiązanie
W odpowiedzi na te wyzwania pojawia się zwinne rozwiązanie, jakim jest technologia DED (Direct Energy Deposition) firmy Meltio, oparta na deponowaniu metalu w formie drutu za pomocą lasera (wire-laser metal deposition). Umożliwia ona produkcję eżektorów oraz innych części zamiennych na żądanie, bezpośrednio na podstawie plików cyfrowych. Takie podejście całkowicie zmienia zasady gry: zamiast polegać na fizycznych magazynach wypełnionych drogimi i rzadko używanymi komponentami, siły zbrojne mogą korzystać z cyfrowego inwentarza. Oznacza to, że każda potrzebna część może zostać wytworzona dokładnie wtedy, gdy jest potrzebna, co eliminuje problem długotrwałego oczekiwania na dostawę od zewnętrznych poddostawców.
Produkcja na żądanie odpowiedzią na potrzeby branży
Główną zaletą wdrożenia technologii addytywnej Meltio jest drastyczne skrócenie czasu realizacji produkcji i niemal natychmiastowa reakcja na zapotrzebowanie. Dla sektora obronnego, gdzie gotowość operacyjna jest parametrem o najwyższym priorytecie, taka elastyczność jest nie do przecenienia. Możliwość wytwarzania złożonych i kluczowych dla misji części, takich jak eżektory, bezpośrednio na miejscu – czy to w bazie na lądzie, czy na morzu w mobilnym kontenerze produkcyjnym – sprawia, że przestają one być wąskim gardłem w łańcuchu dostaw. Zdolność do szybkiej i niezależnej produkcji części zamiennych zapewnia odporność na zakłócenia w globalnych łańcuchach dostaw i gwarantuje utrzymanie pełnej sprawności technicznej systemów okrętowych.
Przebieg wytwarzania eżektora krok po kroku
Kluczowym aspektem tego wdrożenia był dobór odpowiedniego materiału oraz oprogramowania, które pozwoliło na pełną kontrolę nad procesem. Do produkcji eżektora wykorzystano stal nierdzewną 316L w formie drutu, która jest standardowym materiałem dostępnym w ofercie Meltio. Zastosowanie drutu jako surowca jest nie tylko bardziej przystępne cenowo, ale również znacznie bezpieczniejsze w obsłudze w porównaniu do alternatywnych technologii bazujących na proszkach metali. Cały proces druku, od przygotowania modelu i jego pocięcia na warstwy (slicing) po zdefiniowanie parametrów, został w całości przeprowadzony w dedykowanym oprogramowaniu Meltio Space.
Strategiczny podział komponentu na segmenty
Aby zoptymalizować proces wytwarzania i ułatwić późniejszą obróbkę, eżektor został przeprojektowany i podzielony na cztery oddzielne segmenty. Każdy z nich został zaprojektowany w taki sposób, aby jego geometria była idealnie dostosowana do możliwości technologii DED oraz do operacji wykończeniowych. Takie modułowe podejście pozwoliło na zastosowanie najlepszych strategii druku dla każdej z części składowych. Całkowity czas potrzebny na wydrukowanie wszystkich czterech segmentów eżektora wyniósł 61 godzin.
Szczegóły druku poszczególnych sekcji
Każdy z czterech segmentów został wykonany przy użyciu innej, dedykowanej strategii w celu osiągnięcia jak najwyższej jakości i wydajności:
- Sekcja bazowa: Była drukowana jako pierwsza, a jej wytworzenie zajęło 46 godzin. Zastosowano tu strategię planarną (warstwa po warstwie) z obwodami stycznymi do obsługi nawisów oraz z ograniczeniem stożka do 35°, aby uniknąć kolizji głowicy.
- Mocowanie górne: Jego wydrukowanie przy użyciu strategii radialnej 360° zajęło 8 godzin. Element ten wymagał późniejszej obróbki mechanicznej w miejscu przyłączenia kanału bocznego.
- Kanał boczny: Ten element powstał w zaledwie 3 godziny dzięki zastosowaniu strategii druku na powierzchniach nieplanarnych, co pozwoliło na uzyskanie lepszej jakości finalnej.
- Mocowanie boczne: Ostatni element został wydrukowany osobno na maszynie Meltio M600, a następnie przyspawany do kanału ssawnego. Twórcy projektu zaznaczają, że w przyszłych iteracjach połączenie spawane może zostać zastąpione przez bardziej praktyczne rozwiązania gwintowane.
Od repliki do projektu w pełni zoptymalizowanego pod druk 3D
Proces wdrożenia nowej technologii często przebiega ewolucyjnie, co doskonale widać na tym przykładzie. W pierwszym etapie zespół inżynierów wyprodukował wierną replikę oryginalnego, odlewanego eżektora. Takie podejście miało na celu przede wszystkim potwierdzenie zgodności geometrycznej oraz uproszczenie procesu walidacji nowego komponentu w istniejącym systemie. Dopiero po pomyślnym zakończeniu tej fazy, zespół przystąpił do opracowania drugiej, w pełni zoptymalizowanej wersji. Stworzono wówczas projekt typu „AM-first”, czyli od początku pomyślany i zaprojektowany tak, aby w pełni wykorzystać unikalne możliwości i zalety wytwarzania addytywnego.
Kluczowe zmiany optymalizacyjne w nowej wersji
Projekt zoptymalizowany pod kątem produkcji addytywnej (AM) zawierał szereg inteligentnych modyfikacji, które miały na celu usprawnienie nie tylko samego procesu druku, ale również obróbki końcowej. Najważniejsze zmiany obejmowały:
- Zoptymalizowaną grubość ścianek i eliminację nawisów, co przekłada się na szybszy druk i mniejsze zużycie materiału.
- Otwory w kształcie kropli, które zaprojektowano w celu przyspieszenia i ułatwienia późniejszej obróbki wykończeniowej.
- Zintegrowane ścianki mocujące, które służyły jako wbudowane uchwyty do łatwiejszego i szybszego montażu części na maszynie CNC.
- Zastosowanie okrągłej podstawy, co pozwoliło na usprawnienie wieloetapowego procesu drukowania poszczególnych segmentów komponentu.
Kluczowe korzyści z wdrożenia technologii Meltio w sektorze morskim
Jedną z największych strategicznych przewag, jaką daje technologia DED od Meltio, jest możliwość stworzenia cyfrowego magazynu części zamiennych. Zamiast składować fizyczne komponenty, siły zbrojne mogą korzystać z cyfrowego inwentarza, co eliminuje potrzebę utrzymywania fizycznych zapasów. Takie podejście nie tylko uwalnia cenną przestrzeń, ale przede wszystkim zapewnia ogromną odporność na wszelkiego rodzaju zakłócenia w globalnych łańcuchach dostaw. Wytwarzanie funkcjonalnych części na żądanie daje pewność, że niezbędny element zostanie dostarczony dokładnie tam, gdzie jest potrzebny i dokładnie wtedy, kiedy jest potrzebny.
Wdrożenie technologii addytywnej przekłada się bezpośrednio na zwiększoną gotowość operacyjną oraz niespotykaną dotąd elastyczność i responsywność. W opisywanym przypadku wykorzystano system Meltio Engine zintegrowany z robotem, który jest idealną platformą do drukowania dużych i złożonych geometrycznie części, a także do ich naprawy czy dodawania nowych funkcjonalności. Możliwość produkcji na miejscu, czy to w bazie lądowej, czy nawet na morzu w ramach mobilnego, kontenerowego centrum produkcyjnego, jest rewolucją dla sił zbrojnych operujących na całym świecie. To dowód na to, że kluczowe komponenty, takie jak eżektory, nie muszą już być logistycznym wąskim gardłem.
Technologia Meltio jako strategiczna przewaga dla sektora morskiego
Opisany przykład produkcji eżektora okrętowego jednoznacznie dowodzi, że złożone i krytyczne dla misji komponenty nie muszą być dłużej wąskim gardłem w łańcuchu dostaw. Technologia addytywna DED firmy Meltio, oparta na druku z drutu metalowego, umożliwia elastyczne i szybkie reagowanie na bieżące potrzeby. Zdolność do tworzenia cyfrowego magazynu i produkcji części zamiennych na żądanie, bezpośrednio w miejscu ich zapotrzebowania, to klucz do zwiększenia gotowości operacyjnej i uniezależnienia się od zewnętrznych dostawców. To sprawdzona metoda, która przenosi produkcję przemysłową na zupełnie nowy poziom wydajności.
Jako 3D Phoenix, jesteśmy dumnym dystrybutorem rewolucyjnych rozwiązań Meltio na polskim rynku. Jeśli w Państwa firmie borykacie się z wyzwaniami takimi jak długie czasy oczekiwania na części, wysokie koszty magazynowania czy nieprzewidywalność łańcucha dostaw, technologia druku 3D z metalu może być odpowiedzią. Skontaktuj się z naszymi ekspertami, aby dowiedzieć się, jak możemy pomóc zoptymalizować procesy produkcyjne i wdrożyć rozwiązania na miarę Przemysłu 4.0 w Twoim przedsiębiorstwie.
Źródło: Meltio
