Können Druckbehälter oder deren Unterstrukturen durch Metall 3D -Druck hergestellt werden?

1. Technische Machbarkeit: Der Punkt, an dem additive Herstellung und Druckbehälter zusammenkommen
Metall -3D -Druck stapelt physische Teile aus digitalen Modellen, indem Metallpulver oder Drähte übereinander gestapelt werden. Der Hauptvorteil dieser Methode besteht darin, dass sie die geometrischen Grenzen von Standardmethoden umgeht und integrierte Formteile komplizierter Strukturen ermöglicht. Diese Funktion kann das Design von Druckgefäßen erheblich verbessern:
Leichte Strukturen und integrierende Funktionen: Um herkömmliche Druckgefäße herzustellen, müssen Sie komplizierte Innenhöhlenstrukturen zusammenschweißen. Mit 3D -Druck können Sie Funktionen wie konforme Kühlwasserkanäle und interne Verstärkungsrippen auf einmal hinzufügen. Zum Beispiel verwendete das Korea Institute of Industrial Technology (KITECH) DECECTED Energy Deposition (DED) -Technologie, um Druckschiffe der Titanlegierung durchzuführen. Diese Methode zulässt eine große Produktion von - mit einem Durchmesser von 640 Millimetern und einem Volumen von 130 Litern. Die Gefäße wurden durch Schweißen und Zusammenbau von zwei halbkugelförmigen Komponenten hergestellt, und der Abscheidungsweg wurde optimiert, um die thermische Verformung zu kontrollieren. Schließlich zeigten niedrige - Temperaturtests bei - 196 Grad und Hochdruck-Tests bei 330 bar, dass der additive Druck unter sehr harten Bedingungen gut funktioniert.
Materialnutzung und Kostenoptimierung: Bei herkömmlichen Methoden erfordert die Herstellung von Druckbehältern eine reservierte Verarbeitungszulage, die bis zu 30% bis 50% des Materials verschwenden kann. Mit der "Near -Net -Form" -Funktion von 3D -Druck können Sie mehr als 90% des Materials verwenden. Shell hat sich mit 3D Metalforge zusammengetan, um die SLM -Technologie (Selektive Laserschmelze) zu verwenden, um Teile für Wärmetauscherrohre zu drucken. Dies senkt die Lieferzeit von mehreren Wochen auf zwei Wochen und die Ausgaben um mehr als 20%.
Schnelle Iterationen und machte - zu - Bestellung Produktion: Druckgefäße müssen manchmal die Entwurfseigenschaften wie Wandstärke und Grenzflächenposition basierend auf ihrer Verwendung ändern. Herkömmliche Schimmelpilzentwicklungszyklen sind lang und teuer. Zum Beispiel machte AML3D eine 8 - Meter lange, 907-Kilogramm-Aluminiumdruckbehälter für ExxonMobil, die in 12 Wochen mit der WAM-Technologie (Draht-Additive Manufacturing) hergestellt werden kann, die 60% schneller als herkömmliche Methoden ist.
2. Antragsfall: Übergang vom Labor in die Industrie
Im Luft- und Raumfahrtgeschäft sind Druckbehälter sehr wichtige Teile von Trägerfahrzeugen und Satelliten, die sich mit sehr hohen Temperaturen und Drücken befassen müssen. Die Tests von Kitech an Titan -Legierungsdruckbehältern zeigten, dass Teile, die mit dem DED -Prozess durchgeführt wurden, bei -196 -Grad nicht leicht brechen, und der Restspannung wurde im Vergleich zu Teilen, die durch herkömmliche Schmiedenmethoden durchgeführt wurden, durch Optimierung des Abscheidungswegs um 40% gesenkt. General Electric (GE) hat auch 3D -Druck verwendet, um Gasturbinenblätter zu erzielen, wodurch die Kühlkanäle dreimal komplizierter und 64% effizienter gestaltet wurden. Dies ist ein gutes Beispiel dafür, wie interne Strömungskanäle in Druckbehältern konstruiert werden.
Shell hat begonnen, 3D -Druck zu verwenden, um Wärmetauscher -Teile in der petrochemischen Industrie herzustellen. Dies liegt daran, dass Standard -Bohrmethoden nicht dünne - -Mandbaukonstruktionen (mit einer minimalen Wandstärke von 0,5 mm) machen können. Der Bau von konformen Wasserkanälen hat das Kühlsystem ebenfalls um 15% effektiver gemacht. Die Partnerschaft zwischen AML3D und ExxonMobil hat gezeigt, dass der 3D -Druck verwendet werden kann, um enorme Druckgefäße mit einem Durchmesser von 1,5 Metern zu erzielen. Seine WAM -Technik arbeitet mit einer Vielzahl von Materialien, darunter Aluminium, Titan und Stahl. Dies erleichtert die Herstellung chemischer Geräte, die auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten sind.
Valourek und Total haben zusammengearbeitet, um eine 1,2 - Meter hohe, 220 Kilogramm Wassermantelkomponente für die Energiespeicherung mithilfe der WAAM-Technologie zu erstellen. Diese Technologie senkt das Gewicht der Komponente im Vergleich zu Standardkonstruktionen in zwei Hälften und überprüft die Qualität der geschweißten Verbindungen mit 100% Röntgenuntersuchungen. Dieser Fall zeigt, dass der 3D -Druck die Stützstrukturen der Druckbehälter verbessern, weniger Material verbrauchen und bei Erdbeben besser funktionieren können.
3. Materialleistung: Probleme bei der Erfüllung der Druckbehälterstandards
Um Druckbehälter herzustellen, müssen die Materialien die anspruchsvollen Standards für Dinge wie Festigkeit, Härte, Korrosionsbeständigkeit und Stabilität bei niedrigen Temperaturen erfüllen. Derzeit können die meisten Arbeitsbedingungen von den Materialien erfüllt werden, die regelmäßig für den 3D -Druck verwendet werden:
Ti6al4V ist eine gemeinsame Titanlegierung, die in der Luft- und Raumfahrt verwendet wird. Es hat eine Zugfestigkeit von 890 MPa, eine Dehnung von 10%und eine hohe Zähigkeit auch bei -196 Grad. Das Testen durch Kitech zeigt, dass die mit der DED -Technik hergestellten Druckbehälter mit Titanlegierung unter harten Bedingungen nicht verändern und den ASME -BPVC -Standard erfüllen.
Nickel - basierte Legierungen wie Inconel 718 sind selbst bei hohen Temperaturen von 650 Grad stark, wodurch sie für Gasturbinendruckschiffe gut sind. Nach der Wärmebehandlung hatte die von GE verwendeten Nickel - -basierten Legierungsblätter mit der SLM -Technik eine feinere Korngröße und eine 20% höhere Festigkeit bei hohen Temperaturen.
ALSI10mg ist eine leichte Aluminiumlegierung (Dichte 2,7 g/cm³), die häufig in Druckgefäßen im Automobil- und Elektronikbereich verwendet wird. Es hat eine Zugfestigkeit von 310 MPa, und die T6 -Wärmebehandlung kann es noch stärker machen, was dem EN 13445 -Standard entspricht.
Die Anisotropie der im 3D -Druck verwendeten Materialien ist jedoch immer noch ein Problem. Studien zeigen, dass die Ermüdungsstärke von Komponenten, die über die SLM -Methode in der vertikalen Orientierung erzeugt werden, im Vergleich zur horizontalen Orientierung 15 bis 20% minderwertig beträgt. Um die Poren loszuwerden und die Materialdichte auf über 99,9%zu erhöhen, muss nach der Behandlung eine heiße isostatische Pressung (HIP) durchgeführt werden.