Készíthetők -e a nyomás edények vagy azok alszerkezete fém 3D nyomtatás útján?

1. Műszaki megvalósíthatóság: A lényeg, amikor az adalékanyag -gyártási és a nyomáshajók összejönnek
A fém 3D -s nyomtatás a digitális modellek fizikai alkatrészeit készíti a fémporok vagy huzalok egymásra rakásával. Ennek a módszernek a fő előnye, hogy megkerüli a standard módszerek geometriai határait, és lehetővé teszi a bonyolult struktúrák integrált formázását. Ez a szolgáltatás nagymértékben javíthatja a nyomás edények kialakítását:
Könnyű struktúrák és integráló funkciók: A hagyományos nyomás edények elkészítéséhez bonyolult belső üregszerkezeteket kell hegeszteni. A 3D -s nyomtatás segítségével olyan funkciókat adhat hozzá, mint a konformális hűtővíz -csatornák és a belső megerősítő bordák egyszerre. Például a Korea Ipari Technológiai Intézet (KITECH) irányított energia lerakódási (DED) technológiát használt a titán ötvözet nyomáshajók készítéséhez. Ez a módszer lehetővé tette a nagy - méretaránytermelést, amelynek átmérője 640 milliméter és 130 liter térfogat. Az edényeket két félgömb alakú alkatrész hegesztésével és összeszerelésével készítettük, és a lerakódási útvonalat optimalizáltuk a termikus deformáció szabályozására. Végül, az alacsony - hőmérsékleti tesztelés a - 196 foknál és a nagynyomású tesztelés 330 bar-nál azt mutatta, hogy az additív nyomtatás nagyon durva körülmények között jól működik.
Anyagfelhasználás és költségoptimalizálás: A hagyományos módszereknél a nyomás edények előállítása fenntartott feldolgozási támogatást igényel, amely az anyag 30–50% -át pazarolhatja. A 3D nyomtatás "közel nettó alakja" funkciójával az anyag több mint 90% -át használhatja. A Shell összeállt a 3D metalforge -val, hogy szelektív lézerolválási (SLM) technológiát használjon a hőcserélő csövek alkatrészeinek kinyomtatására. Ez csökkenti a szállítási időt néhány hétről két hétre, és több mint 20%-kal csökkenti a költségeket.
Gyors iterációk és a - - megrendelés előállításához: a nyomás edényeknek néha meg kell változtatniuk a tervezési jellemzőket, mint például a falvastagság és az interfész helyzete, a használatuk alapján. A hagyományos penészfejlesztési ciklusok hosszúak és drágák . 3 D nyomtatás megkönnyíti a tervek gyors megváltoztatását. Például, az AML3D 8 - méter hosszú, 907 kilogramm alumínium nyomás edényt készített az ExxonMobil számára, amelyet 12 hét alatt lehet elkészíteni huzal-adalékanyag-gyártási (WAM) technológiával, amely 60% -kal gyorsabb, mint a hagyományos módszerek.
2. jelentkezési eset: A laboratóriumból az iparba költözés
A repülőgépiparban a nyomáshajók nagyon fontos részei a indító járműveknek és a műholdaknak, amelyeknek nagyon magas hőmérsékleteket és nyomást kell gyakorolniuk. A Kitech titánötvözetű nyomás edényekkel végzett tesztjei azt mutatták, hogy a DED eljárással készített alkatrészek nem szakadtak meg könnyen -196 fokon, és a maradék feszültséget 40% -kal csökkentették a hagyományos kovácsolási módszerek által készített alkatrészekhez képest a lerakódási út optimalizálásával. A General Electric (GE) 3D -s nyomtatást is használt gázturbina pengék előállításához, ami a hűtési csatornákat háromszor bonyolultabbá és 64% -kal hatékonyabbá tette. Ez egy jó példa arra, hogyan lehet a belső áramlási csatornákat a nyomás edényekben felépíteni.
A Shell megkezdte a 3D nyomtatást a hőcserélő cső alkatrészek előállításához a petrolkémiai iparban. Ennek oka az, hogy a szokásos fúrási módszerek nem tudnak vékony - fallal körülvett konstrukciókat készíteni (minimális falvastagságuk 0,5 mm). A konformális vízcsatornák felépítése a hűtőrendszert 15% -kal is hatékonyabbá tette. Az AML3D és az ExxonMobil közötti partnerség kimutatta, hogy a 3D -s nyomtatás felhasználható az 1,5 méter átmérőjű óriási nyomás edények előállítására. A WAM technikája számos anyaggal működik, beleértve az alumíniumot, a titánot és az acélt. Ez megkönnyíti az Ön igényeinek megfelelő vegyi berendezések készítését.
A Valourek és a Total együtt dolgoztak egy 1,2 - méter magas, 220 km-es vízkabát-alkatrész készítésében az energiatároláshoz a WAAM technológiával. Ez a technológia az alkatrész súlyát felére csökkenti a szokásos mintákhoz képest, és 100% -os radiográfiai teszteléssel ellenőrzi a hegesztett kapcsolatok minőségét. Ez az eset azt mutatja, hogy a 3D -s nyomtatás javíthatja a nyomás edények támogatási struktúráit, kevesebb anyagot használhat, és jobban működhet a földrengésekben.
3. Anyagi teljesítmény: Problémák a nyomás edények megfelelésében
A nyomás edények előállításához az anyagoknak meg kell felelniük az olyan dolgokra vonatkozó szigorú előírásoknak, mint az erő, a keménység, a korrózióállóság és az alacsony hőmérsékleten történő stabilitás. Jelenleg a legtöbb munkakörülményt a 3D -s nyomtatáshoz rendszeresen használt anyagok teljesíthetik:
A Ti6Al4V egy gyakori titánötvözet, amelyet az űrben használnak. A szakítószilárdsága 890 MPa, a meghosszabbítás 10%, és magas keménység is -196 fokos. A Kitech által végzett tesztelés azt mutatja, hogy a DED technikával készített titánötvözet nyomás edények nem változtatják meg az alakot durva körülmények között, és nem felelnek meg az ASME BPVC szabványnak.
A nikkel - alapú ötvözetek, mint például az Inconel 718, még 650 fokos hőmérsékleten is erősek, így jót tesznek a gázturbina nyomás edényekhez. A hőkezelés után a - alapú ötvözött pengék, amelyeket az SLM technikával készítettek, finomabb szemcseméretű és 20% -kal magasabb szilárdságú volt magas hőmérsékleten.
Az ALSI10MG egy könnyű alumíniumötvözet (2,7 g/cm3 sűrűség), amelyet gyakran használnak az autóipari és az elektronikai ágazatok nyomás edényeiben. A szakítószilárdsága 310 MPa, és a T6 hőkezelés még erősebbé teheti, ami megfelel az EN 13445 szabványnak.
De a 3D nyomtatáshoz használt anyagok anizotrópiája továbbra is problémát jelent. A vizsgálatok azt mutatják, hogy az SLM módszerrel, függőleges irányban előállított komponensek fáradtságszilárdsága 15–20% alacsonyabb szintű, a vízszintes tájoláshoz képest. A pórusok megszabadulásához és az anyag sűrűségének 99,9%fölé emelése érdekében a kezelés után forró izosztatikus préselést (HIP) kell elvégezni.