Basınçlı gemiler veya alt yapıları metal 3D baskı yoluyla üretilebilir mi?

1. Teknik fizibilite: Katkı üretimi ve basınçlı kapların bir araya geldiği nokta
Metal 3D baskı, metal tozları veya telleri üst üste istifleyerek dijital modellerden fiziksel parçalar yapar. Bu yöntemin ana yararı, standart yöntemlerin geometrik sınırlarını aşması ve karmaşık yapıların entegre kalıplanmasına izin vermesidir. Bu özellik basınçlı gemilerin tasarımını büyük ölçüde artırabilir:
Hafifleştirme yapıları ve entegrasyon işlevleri: Geleneksel basınçlı kaplar yapmak için karmaşık iç boşluk yapılarını bir araya getirmeniz gerekir. 3D baskı ile, aynı anda konformal soğutma suyu kanalları ve dahili takviye kaburgaları gibi özellikler ekleyebilirsiniz. Örneğin, Kore Endüstriyel Teknoloji Enstitüsü (Kitech), titanyum alaşım basınçlı kapları yapmak için yönlendirilmiş enerji birikimi (DED) teknolojisini kullandı. Bu yöntem, 640 milimetre çapında ve 130 litre bir hacim ile büyük - ölçekli üretime izin verdi. Damarlar, iki yarım küre bileşeninin kaynaklanması ve montajı yapılarak yapıldı ve biriktirme yolu termal deformasyonu kontrol etmek için optimize edildi. Son olarak, - 196 derecesinde düşük - sıcaklık testi ve 330 barda yüksek basınçlı testler, katkı baskısının çok sert koşullarda iyi çalıştığını gösterdi.
Malzeme Kullanımı ve Maliyet Optimizasyonu: Geleneksel yöntemlerde, basınç kapları yapmak, malzemenin% 30 ila% 50'sini boşa harcayabilecek ayrılmış bir işleme ödeneği gerektirir. 3D baskının "net şekle yakın" işleviyle, malzemenin% 90'ından fazlasını kullanabilirsiniz. Shell, ısı eşanjör tüpleri için parçaları yazdırmak için seçici lazer eritme (SLM) teknolojisini kullanmak için 3D Metalforge ile birlikte çalıştı. Bu, teslimat süresini birkaç haftadan iki haftaya düşürür ve masrafları%20'den fazla azaltır.
Hızlı yinelemeler ve - - sipariş üretimine yapılan - yapım: Basınçlı kaplar bazen nasıl kullanıldıklarına bağlı olarak duvar kalınlığı ve arayüz konumu gibi tasarım özelliklerini değiştirmek zorundadır. Geleneksel kalıp geliştirme döngüleri uzun ve pahalıdır . 3 D baskı, tasarımları hızlı bir şekilde değiştirmeyi kolaylaştırır. Örneğin, AML3D, geleneksel yöntemlerden% 60 daha hızlı tel ekleme üretimi (WAM) teknolojisi kullanılarak 12 haftada yapılabilen ExxonMobil için 8 - metre uzunluğunda, 907 kilogram alüminyum basınçlı bir kap yaptı.
2. Uygulama durumu: laboratuvardan sektöre geçiş
Havacılık ve uzay işinde, basınç kapları, çok yüksek sıcaklıklar ve basınçlarla uğraşmak zorunda olan fırlatma araçlarının ve uyduların çok önemli parçalarıdır. Kitech'in titanyum alaşım basınçlı kaplar üzerindeki testleri, DED işlemi kullanılarak yapılan parçaların -196 derecede kolayca kırılmadığını ve artık stresin, birikme yolunu optimize ederek geleneksel dövme yöntemleri tarafından yapılan parçalara kıyasla% 40 azaltıldığını gösterdi. General Electric (GE) ayrıca, soğutma kanallarını üç kat daha karmaşık ve% 64 daha verimli hale getiren gaz türbini bıçaklarını yapmak için 3D baskı kullanmıştır. Bu, basınçlı kaplarda dahili akış kanallarının nasıl oluşturulacağının iyi bir örneğidir.
Shell, petrokimya endüstrisinde ısı eşanjörü tüp parçaları yapmak için 3D baskı kullanmaya başladı. Bunun nedeni, standart delme yöntemlerinin ince - duvarlı yapıları yapamamasıdır (minimum duvar kalınlığı 0,5 mm ile). Konformal su kanallarının inşası da soğutma sistemini% 15 daha etkili hale getirmiştir. AML3D ve ExxonMobil arasındaki ortaklık, 3D baskının 1,5 metre çapında muazzam basınçlı kaplar yapmak için kullanılabileceğini göstermiştir. WAM tekniği, alüminyum, titanyum ve çelik dahil olmak üzere çok çeşitli malzemelerle çalışır. Bu, ihtiyaçlarınıza göre uyarlanmış kimyasal ekipman yapmayı kolaylaştırır.
Valourek ve Total, WAAM teknolojisini kullanarak enerji depolama için 1,2 - metre yüksekliğinde, 220 kilogram su ceket bileşeni yapmak için birlikte çalıştılar. Bu teknoloji, standart tasarımlara kıyasla bileşenin ağırlığını yarıya indirir ve% 100 radyografik test ile kaynaklı bağlantıların kalitesini kontrol eder. Bu durum, 3D baskının basınçlı gemilerin destek yapılarını daha iyi hale getirebileceğini, daha az malzeme kullanabileceğini ve depremlerde daha iyi çalışabileceğini göstermektedir.
3. Malzeme Performansı: Baskı Gemisi Standartlarını karşılamadaki sorunlar
Basınçlı kaplar yapmak için malzemeler, düşük sıcaklıklarda güç, sertlik, korozyon direnci ve stabilite gibi şeyler için titiz standartları karşılamalıdır. Şu anda, çalışma koşullarının çoğu 3D baskı için düzenli olarak kullanılan malzemeler tarafından karşılanabilir:
Ti6al4v, havacılıkta kullanılan yaygın bir titanyum alaşımıdır. 890 MPa gerilme mukavemetine,%10'luk bir uzama ve -196 derecesinde bile yüksek tokluğa sahiptir. Kitech tarafından yapılan testler, DED tekniği kullanılarak yapılan titanyum alaşım basınç kaplarının sert koşullarda şekli değiştirmediğini ve ASME BPVC standardını karşılamadığını göstermektedir.
Inconel 718 gibi nikel - tabanlı alaşımlar 650 derecelik yüksek sıcaklıklarda bile güçlüdür, bu da onları gaz türbini basınçlı damarlar için iyi yapar. Isıl işlemden sonra, SLM tekniği kullanılarak GE tarafından yapılan - bazlı alaşım bıçakları, yüksek sıcaklıklarda daha ince bir tane boyutuna ve% 20 daha yüksek mukavemete sahipti.
ALSI10mg, otomotiv ve elektronik sektörlerindeki basınç kaplarında sıklıkla kullanılan hafif alüminyum alaşımdır (yoğunluk 2.7 g/cm³). 310 MPa'lık bir gerilme mukavemetine sahiptir ve T6 ısıl işlemi, EN 13445 standardını karşılayan daha da güçlü hale getirebilir.
Ancak 3D baskıda kullanılan malzemelerin anizotropisi hala bir sorundur. Çalışmalar, dikey oryantasyonda SLM yöntemi yoluyla üretilen bileşenlerin yorgunluk gücünün, yatay oryantasyona kıyasla% 15 ila% 20 daha düşük olduğunu göstermektedir. Gözeneklerden kurtulmak ve malzeme yoğunluğunu%99,9'un üzerine yükseltmek için, tedaviden sonra sıcak izostatik pres (kalça) yapılmalıdır.