Могат ли съдове под налягане или техните подструктури да се произвеждат чрез метален 3D печат?

1. Техническа осъществимост: Точката, когато се събират съдове за производство на добавки и под налягане
Металният 3D печат прави физически части от цифрови модели, като подрежда метални прахове или проводници един върху друг. Основното предимство на този метод е, че той заобикаля геометричните граници на стандартните методи и позволява интегрирано формоване на сложни структури. Тази функция може значително да подобри дизайна на съдовете под налягане:
Леки структури и интегриращи функции: За да направите традиционни съдове под налягане, трябва да заварявате сложни вътрешни структури на кухината. С 3D печат можете да добавите функции като конформни канали за охлаждане на водата и вътрешни подсилващи ребра, всички наведнъж. Например, Корейският институт за индустриални технологии (KITECH) използва технологията за отлагане на насочена енергия (DED), за да направи съдове за под налягане на титаниевата сплав. Този метод позволява голямо производство на скала - с диаметър 640 милиметра и обем от 130 литра. Съдовете са направени чрез заваряване и сглобяване на два полусферични компонента и пътят от отлагане е оптимизиран за контрол на топлинната деформация. И накрая, ниското - температурно тестване при - 196 градуса и тестване с високо налягане при 330 бара показа, че добавката за печат работи добре при много тежки условия.
Използване на материали и оптимизация на разходите: В традиционните методи изработването на съдове под налягане изисква запазена надбавка за обработка, която може да губи до 30% до 50% от материала. С функцията „близо до нетна форма“ на 3D печат, можете да използвате повече от 90% от материала. Shell се обедини с 3D Metalforge, за да използва технологията селективна лазерна топене (SLM) за отпечатване на части за епруветки за топлообменник. Това намалява времето за доставка от няколко седмици до две седмици и намалява разходите с повече от 20%.
Бързи повторения и направени - до - Поръчайте производство: Съдовете под налягане понякога трябва да променят характеристиките на дизайна като дебелина на стената и позиция на интерфейса въз основа на това как се използват. Традиционните цикли на развитие на плесени са дълги и скъпи . 3 D Печатът улеснява бързото смяна на дизайна. Например, AML3D направи 8 - метър, 907-килограмов алуминиев съд за налягане за ExxonMobil, който може да бъде направен за 12 седмици, използвайки технологията за производство на тел за добавки (WAM), която е с 60% по-бърза от традиционните методи.
2. Дело за кандидатстване: Преминаване от лабораторията към индустрията
В аерокосмическия бизнес корабите под налягане са много важни части от изстрелващите превозни средства и спътници, които трябва да се справят с много високи температури и налягания. Тестовете на Kitech относно съдовете на под налягане от титаниев сплав показват, че части, направени с помощта на процеса на DED, не се счупват лесно на -196 градус, а остатъчният стрес е намален с 40% в сравнение с части, направени от традиционните методи за коване чрез оптимизиране на пътя на отлагане. General Electric (GE) също използва 3D печат, за да направи газови лопатки, което направи охлаждащите канали три пъти по -сложни и 64% по -ефективни. Това е добър пример за това как да се конструират канали за вътрешен поток в съдовете под налягане.
Shell започна да използва 3D печат, за да направи частите на тръбата на топлообменника в нефтохимическата индустрия. Това е така, защото стандартните методи за пробиване не могат да направят тънки - конструкции с стени (с минимална дебелина на стената 0,5 мм). Изграждането на конформни водни канали също направи охлаждащата система с 15% по -ефективна. Партньорството между AML3D и ExxonMobil показа, че 3D печат може да се използва за извършване на огромни съдове под налягане с диаметър 1,5 метра. Неговата WAM техника работи с широка гама от материали, включително алуминий, титан и стомана. Това улеснява изработката на химическо оборудване, което е съобразено с вашите нужди.
Valourek и Total са работили заедно, за да направят 1,2 - метър, висок 220-килограмов компонент за водно яке за съхранение на енергия, използвайки технологията Waam. Тази технология намалява теглото на компонента наполовина в сравнение със стандартните дизайни и проверява качеството на заварените връзки със 100% рентгенографско тестване. Този случай показва, че 3D печат може да подобри структурите за поддръжка на съдове под налягане по -добре, да използват по -малко материали и да работят по -добре при земетресенията.
3. Материални показатели: Проблеми при отговаряне на стандартите за съд под налягане
За да направят съдове под налягане, материалите трябва да отговарят на взискателните стандарти за неща като сила, твърдост, устойчивост на корозия и стабилност при ниски температури. В момента повечето условия на труд могат да бъдат изпълнени от материалите, които редовно се използват за 3D печат:
TI6AL4V е често срещана титанова сплав, използвана в аерокосмическото пространство. Той има якост на опън от 890 MPa, удължаване от 10%и висока здравина дори при -196 градуса. Тестването от Kitech показва, че съдовете за под налягане от титан сплав, направени с помощта на DED техниката, не променят формата си в тежки условия и отговарят на стандарта ASME BPVC.
Никел - сплави като Inconel 718 са силни дори при високи температури от 650 градуса, което ги прави добри за съдове за налягане на газовата турбина. След обработката на топлината никелът - алуминиеви остриета, направени от GE, използвайки SLM техниката, имаше по -фин размер на зърното и 20% по -висока якост при високи температури.
Alsi10mg е лека алуминиева сплав (плътност 2,7 g/cm³), която често се използва в съдовете под налягане в автомобилния и електроничния сектор. Той има якост на опън от 310 MPa, а топлинната обработка на T6 може да я направи още по -силна, която отговаря на стандарта EN 13445.
Но анизотропията на материалите, използвани в 3D печат, все още е проблем. Проучванията показват, че силата на умора на компонентите, произведена чрез метода SLM във вертикалната ориентация, е 15% до 20% по -ниска в сравнение с хоризонталната ориентация. За да се отървете от порите и да повдигнете плътността на материала до над 99,9%, след лечението трябва да се извърши горещо изостатично натискане (тазобедреност).