Pot fi fabricate vasele sub presiune sau substructurile lor prin imprimare metalică 3D?

1. Fezabilitate tehnică: punctul în care se reunesc vasele de fabricație și presiune aditive
Imprimarea metalică 3D realizează piese fizice de la modele digitale prin stivuirea pulberilor metalice sau a firelor una peste alta. Principalul beneficiu al acestei metode este acela că se ocupă de limitele geometrice ale metodelor standard și permite modelarea integrată a structurilor complicate. Această caracteristică poate îmbunătăți considerabil designul vaselor sub presiune:
Structuri ușoare și funcții de integrare: Pentru a face vase sub presiune tradiționale, trebuie să sudați împreună structuri de cavitate interne complicate. Cu imprimarea 3D, puteți adăuga funcții precum canalele de apă de răcire conformale și coaste de armare internă toate simultan. De exemplu, Institutul de Tehnologie Industrială din Coreea (KITECH) a utilizat tehnologia de depunere de energie direcționată (DED) pentru a face vase sub presiune din aliaj de titan. Această metodă a permis producția de scară mare - cu un diametru de 640 milimetri și un volum de 130 litri. Navele au fost făcute prin sudare și asamblarea a două componente emisferice, iar calea de depunere a fost optimizată pentru a controla deformarea termică. În cele din urmă, testarea temperaturii scăzută - la {- 196 și testarea de înaltă presiune la 330 bar au arătat că imprimarea aditivă funcționează bine în condiții foarte dure.
Utilizarea materialelor și optimizarea costurilor: În metodele tradiționale, realizarea vaselor sub presiune necesită o indemnizație de procesare rezervată, care ar putea pierde până la 30% până la 50% din material. Cu funcția „aproape netă” a imprimării 3D, puteți utiliza mai mult de 90% din material. Shell a făcut echipă cu 3D MetalForge pentru a utiliza tehnologia selectivă de topire laser (SLM) pentru a imprima piese pentru tuburi de schimbător de căldură. Aceasta reduce timpul de livrare de la câteva săptămâni la două săptămâni și reduce cheltuielile cu mai mult de 20%.
Iterații rapide și făcute - la - Producție de comandă: vasele de presiune trebuie uneori să schimbe caracteristicile de proiectare, cum ar fi grosimea peretelui și poziția interfeței pe baza modului în care sunt utilizate. Ciclurile tradiționale de dezvoltare a mucegaiului sunt lungi și scumpe . 3 D tipărirea face ușor schimbarea design -urilor rapid. De exemplu, AML3D a făcut un vas de presiune de aluminiu de 8 -}, de 907-kilogram, care poate fi realizat în 12 săptămâni folosind tehnologia de fabricație aditivă (WAM), care este cu 60% mai rapidă decât metodele tradiționale.
2. Cazul cererii: trecerea de la laborator la industrie
În activitatea aerospațială, navele sub presiune sunt părți foarte importante ale vehiculelor de lansare și ale sateliților care trebuie să se ocupe de temperaturi și presiuni foarte ridicate. Testele lui Kitech pe vasele de presiune din aliaj de titan au indicat că piesele realizate folosind procesul DED nu s -au rupt ușor la -196 grade, iar stresul rezidual a fost redus cu 40% în comparație cu piesele făcute prin metode de forjare tradiționale prin optimizarea căii de depunere. General Electric (GE) a folosit, de asemenea, imprimarea 3D pentru a face lame de turbină cu gaz, ceea ce a făcut canalele de răcire de trei ori mai complicate și cu 64% mai eficiente. Acesta este un bun exemplu despre modul de construire a canalelor de debit intern în vasele sub presiune.
Shell a început să utilizeze imprimarea 3D pentru a face piese de tub ale schimbătorului de căldură în industria petrochimică. Acest lucru se datorează faptului că metodele standard de foraj nu pot face construcții de perete subțiri - (cu o grosime minimă a peretelui de 0,5 mm). Construcția de canale conforme de apă a făcut, de asemenea, sistemul de răcire cu 15% mai eficient. Parteneriatul dintre AML3D și ExxonMobil a arătat că imprimarea 3D poate fi utilizată pentru a face vase sub presiune enorme cu un diametru de 1,5 metri. Tehnica sa WAM funcționează cu o gamă largă de materiale, inclusiv aluminiu, titan și oțel. Acest lucru face mai ușor să faci echipamente chimice adaptate nevoilor tale.
Valourek și Total au lucrat împreună pentru a face o componentă de geacă de apă de 1,2 -}, de 220 kilograme, pentru depozitarea energiei folosind tehnologia WAAM. Această tehnologie reduce greutatea componentei în jumătate comparativ cu proiectele standard și verifică calitatea conexiunilor sudate cu testarea radiografică 100%. Acest caz arată că imprimarea 3D poate îmbunătăți structurile de sprijin ale vaselor sub presiune, să utilizeze mai puțin material și să funcționeze mai bine la cutremure.
3. Performanța materială: Probleme în îndeplinirea standardelor navelor sub presiune
Pentru a face vase sub presiune, materialele trebuie să îndeplinească standarde exigente pentru lucruri precum forța, duritatea, rezistența la coroziune și stabilitatea la temperaturi scăzute. În acest moment, majoritatea condițiilor de muncă pot fi îndeplinite de materialele care sunt utilizate în mod regulat pentru imprimarea 3D:
Ti6al4v este un aliaj comun de titan folosit în aerospațial. Are o rezistență la tracțiune de 890 MPa, o alungire de 10%și o duritate ridicată chiar și la -196 grade. Testarea de către Kitech arată că vasele de presiune din aliaj de titan realizate folosind tehnica DED nu schimbă forma în condiții dure și îndeplinesc standardul ASME BPVC.
Aliajele bazate pe nichel - precum Inconel 718 sunt puternice chiar și la temperaturi ridicate de 650 de grade, ceea ce le face bune pentru vasele de presiune a turbinei cu gaz. După tratamentul termic, lamele de aliaj bazate pe nichel - realizate de GE folosind tehnica SLM au avut o dimensiune mai fină a cerealelor și o rezistență cu 20% mai mare la temperaturi ridicate.
ALSI10MG este un aliaj ușor de aluminiu (densitate 2,7 g/cm³), care este adesea utilizat în vasele sub presiune în sectoarele auto și electronice. Are o rezistență la tracțiune de 310 MPa, iar tratamentul termic T6 îl poate face și mai puternic, ceea ce îndeplinește standardul EN 13445.
Dar anisotropia materialelor utilizate în imprimarea 3D este încă o problemă. Studiile indică faptul că rezistența la oboseală a componentelor produse prin metoda SLM în orientarea verticală este de 15% până la 20% inferioară în comparație cu orientarea orizontală. Pentru a scăpa de pori și pentru a ridica densitatea materialului la peste 99,9%, după tratament trebuie făcută presarea izostatică fierbinte (șold).