Széles körben alkalmazhatók -e a fém 3D nyomtatás az energiaiparban?

一, Technológiai áttörés: Az ugrás a laboratóriumból az iparba
Mivel az ötletfém 3D -s nyomtatásAz 1980 -as években jött, három fő technológiai rendszerré fejlődött: porágy olvadás (PBF), irányított energia lerakódás (DED) és kötőanyag -sugárzás (BJT). A szelektív lézeres olvadási (SLM) technológia az energiaterület legnépszerűbb módszerévé vált, mivel sűrűsége több mint 99%, és pontos a mikrométer szintjén. Például a Siemens Energy SLM technológiával készített gázturbina -égők 13 hegesztett darabot egy szerkezetbe egyesítenek, ami megháromszorozza élettartamát, és a hagyományos módszerek 20% -áról több mint 90% -ra növeli a felhasznált anyagmennyiséget.
The rate of technological change has sped up a lot. For example, the multi-laser collaborative system has made printing 30% more efficient, and the area printing technology uses pulse laser control to melt millions of light spots at once, which cuts down on the time it takes to make something. Platinum Technology's four-laser synchronous scanning method has cut the time it takes to print a single piece of aircraft engine blades by 40%. The research and development of new powders, like high entropy alloys and gradient materials, have led to 3D printed parts that work very well in nuclear reactors and hydrogen energy storage and transportation at high temperatures (>600 °C) and high pressures (>70 MPa).
2, Az energiaipar alkalmazásainak grafikonja: a kulcsfontosságú részektől a rendszerintegrációig
1. A régi energiaágazat
Gázturbinák készítésekor a GE az EBM technológiát használja a nikkel - alapú magas - hőmérsékleti ötvözetű turbina lemezek készítéséhez. Ezek a lemezek 15% -kal javítják a hűtési hatékonyságot a rácsszerkezet kialakításán keresztül, és évente több mint 5000 tonnával megtakarítják a szén -dioxid -kibocsátást. A 90 ipari - 3D -s fokozatú nyomtatókkal a Siemens Energy képes volt tömeges - 400 típusú energiakomponenst előállítani. Évente több ezer alapvető alkatrészt készítenek, mint például az égési kamra bélés.
A Westinghouse Electric létrehozott egy 3D - nyomtatott cirkónium -ötvözetű burkolat csövet az atomenergia -berendezésekhez. Ennek a csőnek egy biomimetikus rácsszerkezete van, amely a hűtést 15% -kal hatékonyabbá teszi, és 90% -kal csökkenti a mikrokotok esélyét, amely 90% -kal történhet a tipikus hegesztési technikák során. A Kínai Tudományos Akadémia Folyamatmérnöki Intézete titán/alumínium funkcionálisan besorolt ​​anyagi égési kamra bélést készített, amelynek hőtágulási együtthatója 0,1%, magas hőmérsékleten, 1200 fokos hőmérsékleten. Háromszor hosszabb ideig tart, mint a hagyományos anyagok.
2. Az új energia területén
A Linde Group magas - nyomáshidrogén -tároló tartályokat készít a titánötvözetből, lencse technológiát használva a hidrogén energia -üzletben. A súlyt 35% -kal csökkentik, és a hidrogén tárolási sűrűségét 6,2WT% -ra emelik, ami 40% -kal több, mint amit a tipikus acél tároló tartályok képesek tartani. A szélenergia szférájában a Vestas 3D - nyomtatott alumínium ötvözet -toronycsatlakozókat készített, amelyek a tornyokat könnyebbé teszik, miközben erősek tartják őket. Ez csökkenti a szén -dioxid -kibocsátást évente akár 12 tonnával minden szélturbina esetében.
A geotermikus energiatermelő berendezések rögzítésének piaca új növekedési területré vált. Az izlandi geotermikus vállalat DED technológiát alkalmazott a turbina rotorjának rögzítésére. A javítási költség mindössze az új alkatrészek megszerzésének költségeinek 30% -a, és a karbantartás elvégzéséhez szükséges idő 21 napról 72 órára csökkent.
3, A három fő dolog, amely lehetővé teszi a nagy - méretarányos alkalmazásokat
1. Költség -rekonstrukció: A "drága teszt tételek" megváltoztatása "megfizethető opciókra"
A berendezés költségcsökkentési görbéje nagyon fontos. Például a Kínában készített SLM berendezések ára 40% -kal csökkent a külföldi modellekhez képest. Ezenkívül egy BLT - S400 hármas lézerrendszer egységének költségeit 5 millió jüan alatt tartották. A Hebei vas- és acélipar intelligens unió titán ötvözet -visszanyerési aránya 98%, és az újjáépített por megfelel az ASTM F3001 szabványnak. Ez egy jó példa az anyagi újrahasznosító rendszer beállítására. Minden tonna újrahasznosított por 12 tonnával csökkentheti az elsődleges érc bányászatát.
2. Nagy lépés a szabványosításban: Az "egy darabból álló testreszabás" -ról a "tömegtermelés" -re való áttérés
A Siemens Energy 9 lépésből álló minőség-ellenőrzési rendszere a 3D nyomtatott részek 99,97% -os stabil előállítását tette ki, és a gázturbina alkatrészeinek teljes működési ideje 1,5 millió órát meghaladott. Az ipari tanúsítás megszerzésének folyamata felgyorsul. Az ASME BPVC specifikáció most tartalmaz egy záradékot a 3D nyomtatási alkatrész -tanúsításhoz, és az API 6A szabvány most magában foglalja az adalékanyag -gyártást a Wellhead berendezések tanúsításának körében.
3. Együtt dolgozva a környezetért: A "Technológiai sziget" -től az "Ipari Szövetség" -ig
Egyre gyakoribb, ha a berendezésgyártók és az energiavállalatok szorosan együtt dolgoznak. A Nikon SLM Solutions és a Siemens Energy együtt dolgoztak egy laboratóriumban, hogy elkészítsenek egy speciális folyamatcsomagot a gázturbinák számára. Ez a - alapú ötvözött alkatrészek nikkel nyomtatását 25%-kal növelte. A GH4169 magas - hőmérsékleti ötvözet port, amelyen Avic Maite és Bolite együtt dolgoztak, lehetővé tette, hogy a gázturbina pengék 95% -ot tartsanak be, mindaddig, amíg kovácsoltak.
4., A kihívás és az áttörés útja
1. Műszaki útblokk
Még mindig ki kell találnunk, hogyan lehet multi - anyagi nyomtatást készíteni fémekkel. Az EOS Business által létrehozott bimetall nyomtatási technológia különféle anyagok közötti ízületeket készíthet, amelyek 92% -a olyan erősek, mint az alapanyag. Ez azért lehetséges, mert a vállalat gondosan kezelheti a fúziós határot a - alapú ötvözetek és a rozsdamentes acél között.
2. Ipari együttműködés
Az elosztott gyártáshoz szükséges hálózatok építése nagyon fontos. A Siemens Energy digitális üzleti platformja összekapcsolta a világ minden tájáról származó 50 elismert szállítót, és a Blockchain technológiát használták a nyomtatási paraméterek megosztására a vállalkozások között. Ez a komponensek 99,2% -os konzisztenciájához vezetett egy multi - beszállítói környezetben.
3. Tehetség fejlesztése
Van egy nagy tehetségbeli különbség a DFAM -ban (az adalékanyag -gyártás tervezése). A topológia optimalizálási eszközökkel a Siemens Energy adalékanyag -tervező csapata 80% -kal csökkentette a gázturbina alkatrészeiben lévő darabok számát, és a hűtési levegő áramlását 30% -kal.