Mogu li se posude za pritisak ili njihove podstrukture proizvesti metalnim 3D ispisa?

1. Tehnička izvedivost: točka kada se aditivna proizvodnja i tlačne posude spajaju
Metalni 3D ispis čini fizičke dijelove iz digitalnih modela slaganjem metalnih praha ili žica jedan na drugi. Glavna prednost ove metode je u tome što se vrti oko geometrijskih granica standardnih metoda i omogućava integrirano oblikovanje kompliciranih struktura. Ova značajka može uvelike poboljšati dizajn posuda za pritisak:
Lagane strukture i integrirajući funkcije: Da biste napravili tradicionalne posude za tlake, morate zavariti komplicirane unutarnje strukture šupljine. Pomoću 3D ispisa možete dodati značajke poput konformnih vodenih kanala za hlađenje i unutarnjih rebara koji se pojavljuju odjednom. Na primjer, Korejski institut za industrijsku tehnologiju (KITECH) koristio je usmjerenu tehnologiju taloženja energije (DED) kako bi napravio plovila tlaka od legure od titana. Ova metoda je omogućila veliku proizvodnju - s promjerom 640 milimetara i volumenom od 130 litara. Plovila su napravljena zavarivanjem i sastavljanjem dvije hemisferičke komponente, a put taloženja je optimiziran za kontrolu toplinske deformacije. Konačno, nisko ispitivanje temperature - na {- stupnju od 196 stupnjeva i ispitivanja visokog tlaka na 330 bara pokazalo je da aditivni ispis dobro funkcionira u vrlo oštrim uvjetima.
Korištenje materijala i optimizacija troškova: U tradicionalnim metodama, izrada tlačnih posuda zahtijeva rezervirani dodatak za obradu, koji bi mogao otpustiti do 30% do 50% materijala. S funkcijom "blizu neto oblika" 3D ispisa, možete koristiti više od 90% materijala. Shell se udružio s 3D MetalForgeom kako bi se koristila selektivnu tehnologiju laserskog topljenja (SLM) za ispis dijelova za cijevi izmjenjivača topline. To smanjuje vrijeme isporuke s nekoliko tjedana na dva tjedna i smanjuje troškove za više od 20%.
Brze iteracije i napravljene - do - Narudžbena proizvodnja: Posude za tlake ponekad moraju mijenjati karakteristike dizajna poput debljine stijenke i položaja sučelja na temelju načina korištenja. Tradicionalni ciklusi razvoja plijesni su dugi i skupi . 3 d Printing olakšava brzo promjenu dizajna. Na primjer, AML3D je napravio 8 - dugačak metar, 907-kilogramska tlačna plovila za tlak aluminija za exxonMobil koja se može napraviti u 12 tjedana pomoću tehnologije za proizvodnju aditiva (WAM), koja je 60% brže od tradicionalnih metoda.
2. Slučaj aplikacije: prelazak iz laboratorija u industriju
U zrakoplovnom poslu, plovila za pritisak vrlo su važni dijelovi lansiranja i satelita koji se moraju nositi s vrlo visokim temperaturama i pritiscima. Kitechovi testovi na žilama tlaka od legure od titana pokazali su da se dijelovi napravljeni pomoću DED procesa ne probijaju lako na -196 stupnjeva, a zaostali stres smanjen je za 40% u usporedbi s dijelovima izrađenim tradicionalnim metodama kovanja optimizirajući put taloženja. General Electric (GE) također je koristio 3D ispis za izradu noža plinskih turbina, što je rashladne kanale tri puta kompliciraniji i 64% učinkovitiji. Ovo je dobar primjer kako konstruirati unutarnje kanale protoka u tlačnim posudama.
Shell je počeo koristiti 3D ispis kako bi izradio dijelove cijevi za izmjenjivanje topline u petrokemijskoj industriji. To je zato što standardne metode bušenja ne mogu napraviti tanke - zidne konstrukcije (s minimalnom debljinom stijenke od 0,5 mm). Izgradnja konformnih vodenih kanala također je učinila sustav za hlađenje 15% učinkovitijim. Partnerstvo između AML3D i ExxonMobil pokazalo je da se 3D ispis može koristiti za izradu ogromnih tlačnih posuda promjera od 1,5 metra. Njegova WAM tehnika djeluje sa širokim rasponom materijala, uključujući aluminij, titan i čelik. To olakšava izradu kemijske opreme prilagođene vašim potrebama.
Valourek i Total zajedno su radili na izradi 1,2 - visokih metra, 220 kilograma komponentu vodene jakne za pohranu energije pomoću WAAM tehnologije. Ova tehnologija smanjuje težinu komponente na pola u usporedbi sa standardnim dizajnom i provjerava kvalitetu zavarenih veza sa 100% radiografskim ispitivanjem. Ovaj slučaj pokazuje da 3D ispis može poboljšati potporne strukture plovila pod pritiskom, koristiti manje materijala i bolje raditi u zemljotresima.
3. Materijalna izvedba: Problemi u ispunjavanju standarda plovila za pritisak
Da bi se napravile plovila pod pritiskom, materijali moraju ispunjavati zahtjevne standarde za stvari poput čvrstoće, tvrdoće, otpornosti na koroziju i stabilnosti na niskim temperaturama. Trenutno, većinu radnih uvjeta može ispuniti materijali koji se redovito koriste za 3D ispis:
Ti6AL4V je uobičajena legura od titana koja se koristi u zrakoplovstvu. Ima vlačnu čvrstoću od 890 MPa, produženje od 10%i visoku žilavost čak i na -196 stupnjeva. Testiranje od strane Kitech -a pokazuje da posude za tlak od legure od titana napravljene pomoću tehnike DED ne mijenjaju oblik u teškim uvjetima i ne ispunjavaju ASME BPVC standard.
Nikal - legure na temelju Inkonel 718 snažni su čak i na visokim temperaturama od 650 stupnjeva, što ih čini dobrim za posude za tlak plinskih turbina. Nakon toplinske obrade, nikl - bazirane legure koje je izradio GE pomoću SLM tehnike imao je finu veličinu zrna i 20% veću čvrstoću na visokim temperaturama.
Alsi10mg je lagana aluminijska legura (gustoća 2,7 g/cm³) koja se često koristi u tlačnim posudama u automobilskom i elektroničkom sektoru. Ima vlačnu čvrstoću od 310 MPa, a T6 toplinska obrada može učiniti još jačim, što zadovoljava EN 13445 Standard.
Ali anizotropija materijala koji se koriste u 3D ispisa još uvijek je problem. Studije pokazuju da je čvrstoća umora komponenti proizvedene metodom SLM u vertikalnoj orijentaciji 15% do 20% inferiorna u usporedbi s horizontalnom orijentacijom. Da biste se riješili pore i povećali gustoću materijala na iznad 99,9%, nakon tretmana mora se izvršiti vruće izostatsko prešanje (kuk).