Чи можна виробляти судна тиску або їх підструктури за допомогою металевого 3D -друку?

1. Технічна доцільність: Точка, коли судна виробництва та тиску збираються разом
Металевий 3D -друк робить фізичні частини з цифрових моделей, складаючи металеві порошки або дроти один на одного. Основна перевага цього методу полягає в тому, що він досягає геометричних меж стандартних методів і дозволяє інтегровано ліплення складних структур. Ця функція може значно покращити дизайн суден під тиском:
Легкі структури та інтеграція функцій: Для виготовлення традиційних суден під тиском потрібно зварювати складні внутрішні порожнинні структури. За допомогою 3D -друку ви можете додати такі функції, як конформні водні канали охолодження та внутрішні арматури ребер. Наприклад, Корейський інститут промислових технологій (Kitech) використовував технологію спрямованого осадження енергії (DED) для виготовлення посудин тиску з титанового сплаву. Цей метод дозволив проводити масштабне виробництво діаметром 640 міліметрів і об'ємом 130 літрів. Судини були виготовлені шляхом зварювання та складання двох півсферичних компонентів, а шлях осадження був оптимізований для контролю термічної деформації. Нарешті, низькотемпературне тестування на -196 градусів та тестування високого тиску на 330 бар показало, що друк добавки добре працює в дуже суворих умовах.
Використання матеріалів та оптимізація витрат: У традиційних методах виготовлення суден тиску вимагає зарезервованої переробки, яка може витрачати до 30% до 50% матеріалу. Завдяки функції "Близької форми" 3D -друку "ви можете використовувати більше 90% матеріалу. Shell об'єднався з 3D Metalforge для використання селективної технології лазерного плавлення (SLM) для друку деталей для труб теплообмінників. Це скорочує час доставки з декількох тижнів до двох тижнів і скорочує витрати більш ніж на 20%.
Швидкі ітерації та виготовлення на замовлення: судна тиску іноді повинні змінювати характеристики дизайну, такі як товщина стіни та положення інтерфейсу на основі того, як вони використовуються. Традиційні цикли розробки цвілі довгі і дорогі . 3 d друк дозволяє легко змінити конструкції. Наприклад, AML3D зробив 8-метровий судно з алюмінієвим тиском 907 кілограм для ExxonMobil, який можна зробити за 12 тижнів, використовуючи технологію виробництва дротяних добавок (WAM), яка на 60% швидше, ніж традиційні методи.
2. Випадок програми: Перехід від лабораторії до галузі
У аерокосмічному бізнесі судна під тиском є ​​дуже важливими частинами запуску транспортних засобів та супутників, які повинні мати справу з дуже високими температурами та тиском. Випробування Kitech на суднах тиску з титанового сплаву показали, що деталі, зроблені за допомогою процесу DED, не зламалися легко на -196 градусів, а залишкове напруження було скорочено на 40% порівняно з частинами, здійсненими традиційними методами кування, оптимізуючи шлях осадження. General Electric (GE) також використовував 3D -друк для того, щоб зробити газові турбіни, що зробило канали охолодження втричі складнішими та 64% ефективнішими. Це хороший приклад того, як побудувати внутрішні канали потоку в суднах тиску.
Shell почала використовувати 3D -друк для виготовлення деталей трубки теплообмінника в нафтохімічній промисловості. Це пояснюється тим, що стандартні методи буріння не можуть зробити тонкостінні конструкції (з мінімальною товщиною стінки 0,5 мм). Будівництво конформних водних каналів також зробило систему охолодження на 15% більш ефективною. Партнерство між AML3D та ExxonMobil показало, що 3D -друк може бути використаний для виготовлення величезних посудин тиску діаметром 1,5 метра. Його техніка WAM працює з широким спектром матеріалів, включаючи алюміній, титан та сталь. Це полегшує зробити хімічне обладнання, пристосоване до ваших потреб.
Valourek та Total працювали разом, щоб зробити 1,2-метрову висоту, 220-кілограмову компонент водної куртки для зберігання енергії за допомогою технології WAAM. Ця технологія скорочує вагу компонента навпіл порівняно зі стандартними конструкціями та перевіряє якість зварених з'єднань зі 100% рентгенографічним тестуванням. Цей випадок показує, що 3D -друк може покращити структури підтримки суден тиску, використовувати менше матеріалу та працювати краще в землетрусах.
3. Матеріальні показники: Проблеми з дотриманням стандартів судна тиску
Щоб зробити посудини тиску, матеріали повинні відповідати вимогливим стандартам таких речей, як міцність, твердість, резистентність до корозії та стабільність при низьких температурах. Зараз більшість умов праці можуть бути задоволені матеріалами, які регулярно використовуються для 3D -друку:
TI6AL4V - звичайний титановий сплав, який використовується в аерокосмічній. Він має міцність на розрив 890 МПа, подовження 10%та високу міцність навіть на -196 градусів. Тестування Kitech показує, що судна тиску з титанового сплаву, зроблені за допомогою техніки DED, не змінюють форми в суворих умовах і не відповідають стандарту ASME BPVC.
Слави на основі нікелю, як Inconel 718, сильні навіть при високих температурах 650 градусів, що робить їх корисними для суден газового турбіни. Після термічної обробки лопатки сплаву на основі нікелю, виготовлені GE за допомогою техніки SLM, мали більш тонкий розмір зерна та на 20% більшу міцність при високих температурах.
Alsi10mg - це легкий алюмінієвий сплав (щільність 2,7 г/см³), який часто використовується в суднах тиску в автомобільній та електроніці. Він має міцність на розрив 310 МПа, а термічна обробка T6 може зробити її ще сильнішою, що відповідає стандарту EN 13445.
Але анізотропія матеріалів, що використовуються в 3D -друку, все ще є проблемою. Дослідження показують, що сила втоми компонентів, що виробляються методом SLM у вертикальній орієнтації, становить 15% до 20% нижчих порівняно з горизонтальною орієнтацією. Щоб позбутися пори та підвищити щільність матеріалу на вище 99,9%, після лікування необхідно проводити гарячий ізостатичний прес (стегна).