3D打印技術(shù)用于PDC鉆頭設(shè)計(jì)制造

3D打印技術(shù)也稱增材制造技術(shù)，是通過添加材料直接從三維數(shù)學(xué)模型獲得三維物理模型的綜合制造技術(shù)，集機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、逆向工程技術(shù)、分層制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)、激光技術(shù)于一體，可以自動、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢üδ艿脑突蛑苯又圃炝慵?D打印技術(shù)主要分為以下幾種：光敏聚合物固化技術(shù)(SLA)，利用紫外激光快速掃描液態(tài)光敏樹脂，使之快速固化成型；材料擠出成型技術(shù)(FDM)，在一定壓力作用下，將絲狀聚合物材料通過加熱噴嘴軟化后，在成型過程中下移工作平臺或上移噴嘴進(jìn)行逐點(diǎn)、逐線、逐面、逐層熔化、堆積，從而形成三維結(jié)構(gòu)；激光粉末燒結(jié)成型技術(shù)(SLS)，利用激光或電子束等熱能將聚合物或金屬粉末等材料粘接或熔合在一起，形成所需的形狀。

美國BlueFire設(shè)備公司嘗試將3D打印技術(shù)用于PDC鉆頭的制造。該公司利用SolidWorks軟件開發(fā)出一個(gè)高度復(fù)雜的鉆頭設(shè)計(jì)方案，將其交給3D打印公司進(jìn)行制造。為了使鉆頭在頁巖、砂巖、石灰?guī)r等地層中都具有較高的破巖效率，采用了較大的PDC切削面；同時(shí)，為了提高鉆頭的清潔和冷卻效率，在鉆頭體上設(shè)計(jì)了橫向水眼。試驗(yàn)證實(shí)，這些設(shè)計(jì)使切削結(jié)構(gòu)表面的溫度降低了30%以上，大大減少了切削片的熱磨損，延長了鉆頭壽命。另外，該P(yáng)DC鉆頭還采用了特殊設(shè)計(jì)的噴嘴排列方式,不僅強(qiáng)化了高壓噴射的效果，還大幅提升了鉆頭的潤滑及排屑能力。這些新穎的設(shè)計(jì)使鉆頭的制造難度大幅增加，采用3D打印技術(shù)不僅可以完美地實(shí)現(xiàn)這些高復(fù)雜度的設(shè)計(jì)，還能顯著節(jié)約制造成本。另外，通過一次成型的制造工藝，能夠大幅增強(qiáng)鉆頭應(yīng)對極端環(huán)境的能力。