3D打印技术用于PDC钻头设计制造

3D打印技术也称增材制造技术，是通过添加材料直接从三维数学模型获得三维物理模型的综合制造技术，集机械工程、计算机辅助设计、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一体，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件。3D打印技术主要分为以下几种：光敏聚合物固化技术(SLA)，利用紫外激光快速扫描液态光敏树脂，使之快速固化成型；材料挤出成型技术(FDM)，在一定压力作用下，将丝状聚合物材料通过加热喷嘴软化后，在成型过程中下移工作平台或上移喷嘴进行逐点、逐线、逐面、逐层熔化、堆积，从而形成三维结构；激光粉末烧结成型技术(SLS)，利用激光或电子束等热能将聚合物或金属粉末等材料粘接或熔合在一起，形成所需的形状。

美国BlueFire设备公司尝试将3D打印技术用于PDC钻头的制造。该公司利用SolidWorks软件开发出一个高度复杂的钻头设计方案，将其交给3D打印公司进行制造。为了使钻头在页岩、砂岩、石灰岩等地层中都具有较高的破岩效率，采用了较大的PDC切削面；同时，为了提高钻头的清洁和冷却效率，在钻头体上设计了横向水眼。试验证实，这些设计使切削结构表面的温度降低了30%以上，大大减少了切削片的热磨损，延长了钻头寿命。另外，该PDC钻头还采用了特殊设计的喷嘴排列方式,不仅强化了高压喷射的效果，还大幅提升了钻头的润滑及排屑能力。这些新颖的设计使钻头的制造难度大幅增加，采用3D打印技术不仅可以完美地实现这些高复杂度的设计，还能显著节约制造成本。另外，通过一次成型的制造工艺，能够大幅增强钻头应对极端环境的能力。