“截至目前，我們利用3D打印技術修復綜采工作面刮板輸送機鏈輪環(huán)、轉載機鏈輪環(huán)共計74件。”神華神東煤炭集團設備管理中心三機大修項目主管張宏慶說，“利用3D打印技術修復的鏈輪環(huán)，使用性能和壽命達到新件水平，但同購買新件相比，成本大幅降低了。”

　　為啥用3D打印技術修復煤機部件

　　2014年以前，神東煤炭集團少數(shù)齒面磨損不嚴重的鏈輪環(huán)利用傳統(tǒng)補焊工藝修復，而磨損相對嚴重的鏈輪環(huán)只能報廢。

　　“看著堆積成山的報廢鏈輪環(huán)，大家很苦惱。一方面是心疼錢，另一方面是覺得當前修復技術這么先進，卻不能解決這個小問題，或多或少有些不服氣。”張宏慶說。

　　那幾年，正值3D打印技術逐步成熟，鋪天蓋地的宣傳報道引起了大家的注意。該技術廣泛應用于航空材料、醫(yī)療裝備、精密儀器等方面，在煤機部件修復領域鮮有涉及。

　　張宏慶說，當時的爭論很大，有些人覺得，設備壞了，采用傳統(tǒng)補焊工藝可以簡單修復，再不行的話可以買新的，何必多此一舉呢?況且3D打印技術能不能運用到煤機部件修復上?使用后效果怎么樣……這些問題讓大家有些猶豫。

　　“要做就做第一家，要做就一定要做好”，神東煤炭集團領導的支持讓大家徹底放下了包袱。

　　經(jīng)過前期調研比對，神東煤炭集團最終決定與西安一家3D打印技術公司合作。在做了測繪、取樣對比、數(shù)據(jù)論證等大量準備工作后，技術人員開始試著對鏈輪環(huán)進行修復。

　　筆者了解到，神東煤炭集團采用的是激光立體成形技術，它屬于3D打印技術的一種。

　　激光立體成形技術結合了快速原型技術和激光熔覆技術，是以實現(xiàn)高性能復雜結構金屬零件無模具、快速和全致密近凈成形為目的的先進制造技術。與傳統(tǒng)的加工方法相比，激光立體成形技術不再需要刀具、夾具和機床就可以打造出任意形狀，且其強度和塑性可達到鍛件水平，為解決設備維修部件的高性能直接成形和快速修復問題提供了一條技術路徑。

　　根據(jù)部件三維模型數(shù)據(jù)，應用激光立體成形技術能讓材料逐點、逐線、逐層堆積，快速而準確地制造出部件，這是一種“增材”制造方法。

　　正是這種“增材”制造方法，讓神東煤炭集團維修人員眼前一亮。經(jīng)過半年試用，針對利用3D打印技術修復的鏈輪環(huán)崩齒、磨損過快等問題，技術人員合理調整了修復工藝及打印粉末配比，在修復區(qū)域形狀和部件缺損形狀吻合度上進行了細化。

　　2014年6月，利用3D打印技術修復煤機部件的條件基本成熟，神東煤炭集團開始推廣應用。

　　修復后的煤機部件使用壽命達到新件水平

　　鏈輪環(huán)長期與鏈條相互配合，在巨大沖擊力作用下，鏈輪環(huán)齒面極易磨損、斷裂，一般采用傳統(tǒng)氬弧焊補焊工藝對其進行修復，但需使用耐磨焊條對鏈輪環(huán)進行補焊、上數(shù)控銑床銑出配套鏈條齒、對齒面進行淬火處理等。

　　傳統(tǒng)工藝工序繁瑣，焊后需進行機械加工等，效率低且修復后需熱處理才能達到使用要求，外觀比較粗糙，且只能對磨損量小于20毫米的部件進行修復，超過這個尺度的鏈輪環(huán)只能報廢處理，而利用3D打印技術修復鏈輪環(huán)可以完全消除傳統(tǒng)氬弧焊補焊工藝的弊端。

　　利用3D打印技術修復鏈輪環(huán)的步驟是這樣的：鏈輪環(huán)修復前，維修人員先對鏈輪環(huán)進行清理及編號，這是一種“身份登記”。隨后，三維掃描儀開始對鏈輪環(huán)進行掃描并形成點云數(shù)據(jù)，激光立體成形數(shù)據(jù)處理軟件根據(jù)數(shù)據(jù)確定修補區(qū)域，并計算修補區(qū)域差值。這一過程包括三維模型打開、三維模型變換與觀察、三維模型剖分、剖分路徑修改、路徑填充、填充路徑修改與優(yōu)化、數(shù)控代碼生成等步驟，等這些工作做完后，真正的“增材”工作開始。

　　維修人員只需將待修復鏈輪環(huán)放至合適位置，激光3D打印機立即開始自動修復。維修人員將這個過程形象地比喻為“頭重腳輕”，即前期準備時間長，而真正修復很簡單。

　　據(jù)張宏慶介紹，利用3D打印技術修復煤機部件的前提是建立龐大的部件原型數(shù)據(jù)庫，這依托于一系列軟硬件，需要對新采購的部件在入庫前利用三坐標測量儀進行詳細測量，測量數(shù)據(jù)的精度直接關系到后期修復部件的尺寸精度。而修復后的部件需在井下工況環(huán)境下進行試用，并根據(jù)試用情況對修復工藝及粉末進行調整。

　　“在修復過程中，激光束方向、能量可控性好，這對精確確定修復區(qū)域、最大限度減少鏈輪環(huán)變形大有好處。待修復區(qū)域與鏈輪環(huán)本體處為致密冶金結合，不易導致復體脫落、剝離。修復區(qū)域形狀和部件缺損形狀接近，表面質量高，不需后期加工，一次成形，而且整個過程由計算機控制，可靠性、重復性強，更美觀。”張宏慶說，“修復后的鏈輪環(huán)實際使用壽命基本能夠達到新件水平，成本更低。”

　　據(jù)了解，神東煤炭集團利用3D打印技術修復的74件鏈輪環(huán)，如果全部采購新鏈輪環(huán)需要1200萬元，但利用3D打印技術修復鏈輪環(huán)只需要670萬元，節(jié)約530萬元。

　　目前，神東煤炭集團確定了包括綜采機、連采機、掘錨機、泵站等在內的7大類共計121項利用3D打印技術修復的部件，部分部件已經(jīng)進入試修試用階段，等到評議合格后即可批量修復。