Voivatko paineastiat tai niiden alarakenteet valmistaa metalli 3D -tulostuksen avulla?

1. Tekninen toteutettavuus: Piste, kun lisäaineiden valmistus- ja paineastiat tulevat yhteen
Metalli 3D -tulostus tekee fyysisiä osia digitaalisista malleista pinoamalla metallijauheita tai johtoja päällekkäin. Tämän menetelmän tärkein etu on, että se kiertää standardimenetelmien geometriset rajat ja mahdollistaa monimutkaisten rakenteiden integroidun muovaamisen. Tämä ominaisuus voi parantaa huomattavasti painealueiden suunnittelua:
Kevytrakenteet ja integrointitoiminnot: Perinteisten paineastioiden valmistamiseksi sinun on hitsattava yhteen monimutkaisia ​​sisäiset ontelorakenteet. 3D -tulostuksella voit lisätä ominaisuuksia, kuten konformaalisia jäähdytysvesikanavia ja sisäisiä vahvistus kylkiluita kerralla. Esimerkiksi Korean teollisuusteknologian instituutti (KITECH) käytti suunnattua energian laskeutumistekniikkaa (DED) titaaniseospainealusten valmistamiseksi. Tämä menetelmä mahdollisti suuren - asteikon tuotannon, jonka halkaisija oli 640 millimetriä ja tilavuus 130 litraa. Alukset tehtiin hitsaamalla ja kokoamalla kaksi pallonpuolista komponenttia, ja laskeutumispolku optimoitiin lämpömuodon hallitsemiseksi. Lopuksi, alhainen - lämpötilatestaus - 196 astetta ja korkeapainetestaus 330 barissa osoittivat, että additiivinen tulostus toimii hyvin erittäin ankarissa olosuhteissa.
Materiaalien käyttö ja kustannusten optimointi: Perinteisissä menetelmissä painealusten tekeminen vaatii varatun prosessointikorvauksen, joka voi tuhlata jopa 30–50% materiaalista. 3D -tulostuksen "lähellä Net Shape" -toiminnolla voit käyttää yli 90% materiaalista. Shell on ryhtynyt 3D MetalForgeen käyttämään selektiivistä lasermahdollisuutta (SLM) -tekniikkaa tulostamaan osia lämmönvaihdinputkille. Tämä lyhentää toimitusaikaa useista viikkoista kahteen viikkoon ja leikkaa kulut yli 20 prosentilla.
Nopeat iteraatiot ja tehdään - - - Tilaustuotanto: Paine -astioiden on joskus muutettava suunnitteluominaisuuksia, kuten seinämän paksuus ja käyttöliittymän sijainti niiden käytön perusteella. Perinteiset muotin kehityssyklit ovat pitkiä ja kalliita . 3 d -tulostamista, jonka avulla on helppo muuttaa malleja nopeasti. Esimerkiksi AML3D teki 8 - metrin pituisen, 907-kilogramman alumiinipaine-painekierroksen ExxonMobilille, joka voidaan valmistaa 12 viikossa käyttämällä langan lisäaineiden valmistustekniikkaa (WAM), joka on 60% nopeampi kuin perinteiset menetelmät.
2. Sovellustapaus: Siirtyminen laboratoriosta teollisuudelle
Ilmailu- ja avaruusalueella paineastiat ovat erittäin tärkeitä osia laukaisuajoneuvoista ja satelliiteista, joiden on käsiteltävä erittäin korkeita lämpötiloja ja paineita. Kitechin titaaniseoksen paineastialaisten testit osoittivat, että DED -prosessin avulla tehdyt osat eivät rikkoutuneet helposti -196 asteessa ja jäännösjännitys leikattiin 40% verrattuna perinteisillä taontamenetelmillä valmistettuihin osiin optimoimalla laskeumapolku. General Electric (GE) on myös käyttänyt 3D -tulostusta kaasuturbiinien terien valmistamiseen, mikä teki jäähdytyskanavista kolme kertaa monimutkaisemman ja 64% tehokkaamman. Tämä on hyvä esimerkki siitä, kuinka rakentaa sisäiset virtauskanavat paineastiaan.
Shell on alkanut käyttää 3D -tulostusta lämmönvaihtimen putken osien valmistukseen petrokemian teollisuudessa. Tämä johtuu siitä, että tavanomaiset porausmenetelmät eivät voi tehdä ohuita - seinämäisiä rakenteita (seinämän minimipaksuus on 0,5 mm). Konformaalisten vesikanavien rakentaminen on myös tehnyt jäähdytysjärjestelmästä 15% tehokkaamman. AML3D: n ja ExxonMobilin välinen kumppanuus on osoittanut, että 3D -tulostusta voidaan käyttää valtavien paineastioiden valmistukseen, jonka halkaisija on 1,5 metriä. Sen WAM -tekniikka toimii laajan valikoiman materiaaleja, mukaan lukien alumiini, titaani ja teräs. Tämä helpottaa kemiallisten laitteiden tekemistä, jotka on räätälöity tarpeitasi.
Valourek ja Total ovat työskennelleet yhdessä 1.2 - metrin korkean, 220-kilogramman vesitakin komponentin valmistamiseksi energian varastointiin WAAM-tekniikan avulla. Tämä tekniikka vähentää komponentin painoa puoliksi verrattuna tavanomaisiin malleihin ja tarkistaa hitsatujen liitännäisten laadun 100% radiografisella testauksella. Tämä tapaus osoittaa, että 3D -tulostus voi tehdä painealusten tukirakenteista paremmin, käyttää vähemmän materiaalia ja toimia paremmin maanjäristyksissä.
3. Materiaali suoritus
Paine -alusten valmistamiseksi materiaalien on täytettävä eleysvaatimukset esimerkiksi lujuudesta, kovuudesta, korroosionkestävyydestä ja stabiilisuudesta alhaisissa lämpötiloissa. Tällä hetkellä suurin osa työoloista voidaan täyttää 3D -tulostukseen säännöllisesti käytettyjen materiaalien avulla:
Ti6Al4V on yleinen titaaniseos, jota käytetään ilmailu- ja avaruustilassa. Sen vetolujuus on 890 MPa, pidennys 10%ja korkea sitkeys jopa -196 asteessa. Kitechin testaus osoittaa, että DED -tekniikkaa käyttämällä tehdyt titaaniseospaineastiat eivät muuta muotoa ankarissa olosuhteissa ja täyttävät ASME BPVC -standardin.
Nikkeli - pohjaiset seokset, kuten Inconel 718, ovat vahvoja jopa korkeissa lämpötiloissa 650 asteessa, mikä tekee niistä hyviä kaasuturbiinin paineastiaan. Lämpökäsittelyn jälkeen GE: n nikkeli - -pohjaisilla kevytmetalliterillä, jotka GE: n avulla SLM -tekniikkaa käyttävät, oli hienompi viljakoko ja 20% korkeampi lujuus korkeissa lämpötiloissa.
ALSI10MG on kevyt alumiiniseos (tiheys 2,7 g/cm³), jota käytetään usein auto- ja elektroniikkasektorien paineastioissa. Sen vetolujuus on 310 MPa, ja T6 -lämpökäsittely voi tehdä siitä vielä vahvemman, mikä täyttää EN 13445 -standardin.
Mutta 3D -tulostuksessa käytettyjen materiaalien anisotropia on edelleen ongelma. Tutkimukset osoittavat, että SLM -menetelmän kautta tuotettujen komponenttien väsymislujuus pystysuunnassa on 15 - 20% alempi kuin vaakasuuntainen suunta. Huokosista päästämiseksi ja materiaalitiheyden nostamiseksi yli 99,9%: iin on tehtävä kuuma isostaattinen puristus (HIP) hoidon jälkeen.