Kenics靜態混合元件的快速原型制造

中石油建設hy

Kenics靜態混合器(Kenics Static Mixer，KM)
是近30年來發展應用十分迅速的一種混合裝置。
盡管KM適應了現代工業工程的要求而得到了迅
速和廣泛的應用，但它主要還是基于眾多的專利
資料的多種結構體的翻新與改造。在應用中，
流體混合的效果僅僅依靠驗證性實驗獲得感性認
識，理論分析和數值模擬較少，通過“理論分析一數
值模擬一實驗研究一工程放大．信息反饋一修正優化-
敏捷制造”的思路進行結構創新和規模制造則少
有報道。
由于其自身的復雜幾何結構，Kenics靜態混
合器的研發、制造一直進展緩慢。快速原型制造
(Rapid Prototyping&Part Manufacturing，RPM)的飛
速發展和應用研究的迅速普及，為實現Kenics靜
態混合器的敏捷化設計與制造提供了嶄新的思路
和方法。
1 快速原型制造原理
快速原型制造的工作原理是：首先在CAD系
統上設計出三維的零件模型。然后將模型內外表
面用小三角平面片離散化，每個三角片由其3個
頂點和1個指向體外的向量來描述，得到的數據
便是快速原型機床所接收的描述零件的STL文
件。(sTL文件是由33家CAD軟件公司共同制
定的一種文件標準，是快速原型機床通用的“準
標準”)。再將CAM系統作為“切片”計算機，它
對CAD系統設計好的三維模型進行軟件切片，然
后用工業cT技術得到各切片斷面信息，來確定
機床制作每一切片的激光束最佳路徑，包括切片
斷面的輪廓路徑和輪廓內的掃描路徑。切片信息
及生成的路徑信息存人sLI文件。sLI文件直接
控制數控系統，把由cAM生成的切片信息和掃描
路徑信息，以su命令文件形式輸入計算機數控
(cNc)系統。cNc根據輸入的命令控制其沿各
坐標軸的動作，從而在機床的運動過程中將三維
零件逐層累積加工出來。
將RPM用在KM的研發、制造過程中，基本
原理如圖l所示。
2基于快速原型技術和CFD虛擬原型技術的
產品優化及快速創型
筆者在KM的研發、制造過程中，確定了以快
速原型與虛擬原型相結合的方法。虛擬創型和產
品優化的總體思路(圖2)是：
a．預研KM的設計開發中存在的主要問題
和期望的目標，確定解決問題的技術路線。經過
筆者所在研究室的理論研究與實驗論證，確定了
采用計算流體動力學方法(computational Fluid
Dynamics，cFD)進行數值模擬KM的運作機理和
所涉及的流體力學性能的技術路線；
b．使用專業CFD軟件工具，虛擬研究KM
涉及不同工況、不同應用條件和不同性能要求的