Renishaw heeft samen met het Zweedse mijnbouwbedrijf Wassara een boorhamer geredesignd en 3D geprint met maragingstaal. De eerste testen met de geprinte behuizing van de Wassara DTH boorhamer zijn succesvol. Het maragingstaal, voor het eerst toegepast in een boorhamer, vertoont een weerstand tegen putcorrosie die veelbelovend is. De boorhamer wordt gebruikt voor mijnbouw op extreme dieptes.

Renishaw ontwikkelt met mijnbouwbedrijf AM applicatie in maragingstaal

Mijnbouwbedrijven moeten steeds dieper gaan voor het winnen van grondstoffen. Tegelijkertijd nemen de milieu-eisen toe. Daarom heeft het Zweedse mijnbouwbedrijf Wassara een hogedruk technologie ontwikkeld, die het toepast in de Down-The-Hole (DTH) boorhamer. In plaats van olie gebruiken de Zweden water om de boorkop aan te drijven. Hierdoor sluit men het risico op vervuiling van grond, water of lucht door olielekkages, uit. Bijkomend voordeel is dat het energieverbruik van de water aangedreven boorhamer fors lager ligt dan bij traditionele systemen. In het gebruik is deze boorhamer heel productief, omdat door de druk van het water zowel al het materiaal naar het oppervlak van het boorgat wordt gestuwd.

 

 

Complexe behuizing met inwendige kanalen

Het hart van de Wassara DTH boorhamer is een schuifbehuizing die de bidirectionele stroming van water voor de zuigermodule verzorgt. Deze behuizing heeft meerdere interne vloeistofkanalen nodig om het water te laten stromen. Dat maakt het onderdeel complex, want het kan niet uit één component worden vervaardigd. Deze complexiteit maakt deze onderdelen relatief duur. Bij de productiekosten moeten bovendien nog de kosten van afkeurproducten worden meegenomen, die ontstaan door fouten in verbindingsproces. Een laatste nadeel is dat de onderhoudseisen toenemen, onder andere door putcorrosie. Samen met Renishaw heeft Wassara onderzocht of het 3D printen van dit onderdeel voordelen biedt. Wassara wil hiermee de kosten verlagen en de duurzaamheid van het product verbeteren.

 

Het door Renishaw 3D geprinte onderdeel van de boorhamer.

 

Minder onderdelen dankzij 3D printen

De behuizing is door de AM engineers van Renishaw en Wassara geredesigned om de voordelen van 3D printen optimaal te benutten. Een van deze voordelen is immers functie-integratie: hierdoor kan het aantal onderdelen worden teruggedrongen. Met 3D printen kunnen de verschillende kanalen in één set-up gemaakt worden. Een tweede voordeel van 3D printen is dat men snel nieuwe prototypes beschikbaar kan hebben voor testen. Ook dat voordeel is in dit project benut.

 

Renishaw kiest voor maragingstaal in plaats van 316L

De derde stap die de AM teams van Renishaw en Wassara hebben gezet, is zoeken naar een ander materiaal. De Zweden gebruiken tot nog toe 527M20, een staalsoort die vanwege een relatief hoger aandeel koolstof minder geëigend is voor 3D printen. 316L zou voor de hand liggen als alternatief, maar het materiaal is waarschijnlijk onvoldoende bestand tegen de hoge krachten en zou daardoor slijtage gaan vertonen. Daarom hebben de Renishaw engineers besloten om testen te doen met maragingstaal. Het is de eerste keer dat maragingstaal in een dergelijke toepassing in de mijnbouwindustrie is gebruikt. Het onderdeel heeft na het 3D printen een warmtebehandeling ondergaan om de maximale hardheid te bereiken.

 

Wassara DTH

Hetzelfde onderdeel na de eerste testen.

 

Succesvolle praktijktesten

De behuizing van de Wassara DTH boorhamer is inmiddels drie keer getest. In de eerste test is deze gebruikt voor een standaard booroperatie waarbij een diep gat wordt geboord. Een visuele test wees uit dat er na deze booroperatie geen putcorrosie zichtbaar was en de boor minimale slijtage vertoonde. Daarna is de behuizing weer ingebouwd voor de tweede test. Ook na de tweede test was geen putcorrosie zichtbaar. Daarna heeft Wassara een derde boortest gedaan, waardoor de inzetduur ver voorbij de verwachte levensduur kwam. Ook daarna was nog geen enkel spoor van putcorrosie zichtbaar. Hieruit leiden de beide teams af dat dit materiaal heel goede weerstand biedt tegen putcossorie in deze toepassing. Betere weerstand dan het oorspronkelijk gekozen materiaal.