Kan tryckkärl eller deras understrukturer tillverkas genom metall 3D -utskrift?

1. Teknisk genomförbarhet: Poängen när tillsatsstillverkning och tryckkärl samlas
Metall 3D -utskrift tillverkar fysiska delar från digitala modeller genom att stapla metallpulver eller ledningar ovanpå varandra. Den största fördelen med denna metod är att den kommer runt de geometriska gränserna för standardmetoder och möjliggör integrerad formning av komplicerade strukturer. Denna funktion kan förbättra utformningen av tryckkärl i hög grad:
Lättviktstrukturer och integrering av funktioner: För att göra traditionella tryckkärl måste du svetsa samman komplicerade inre kavitetsstrukturer. Med 3D -utskrift kan du lägga till funktioner som konform kylvattenkanaler och interna förstärkande revben på en gång. Till exempel använde Korea Institute of Industrial Technology (KITECH) Directed Energy Deposition (DED) -teknologi för att göra titanlegeringstryckkärl. Denna metod möjliggjorde stor - skalaproduktion med en diameter på 640 millimeter och en volym på 130 liter. Fartygen gjordes genom svetsning och montering av två halvkfäriska komponenter, och avsättningsvägen optimerades för att kontrollera termisk deformation. Slutligen visade låg - temperaturprovning vid - 196 grad och högtryckstest vid 330 bar att tillsatsutskrift fungerar bra under mycket hårda förhållanden.
Materialutnyttjande och kostnadsoptimering: I traditionella metoder krävs att tryckkärl kräver ett reserverat behandlingsbidrag, vilket kan slösa upp till 30% till 50% av materialet. Med 3D -utskrifts "nära nettoform" -funktion kan du använda mer än 90% av materialet. Shell har samarbetat med 3D MetalForge för att använda Selective Laser Melting (SLM) -teknologi för att skriva ut delar för värmeväxlarrör. Detta minskar leveranstiden från flera veckor till två veckor och minskar utgifterna med mer än 20%.
Snabb iterationer och tillverkade - till - Beställningsproduktion: Tryckkärl måste ibland ändra designegenskaper som väggtjocklek och gränssnittsposition baserat på hur de används. Traditionella mögelutvecklingscykler är långa och dyra . 3 D -utskrift gör det enkelt att byta design snabbt. Till exempel gjorde AML3D ett 8 - meter-long, 907-kilogram aluminiumtryckkärl för ExxonMobil som kan göras på 12 veckor med hjälp av trådtillverkningstillverkning (WAM) -teknologi, som är 60% snabbare än traditionella metoder.
2. Ansökningsfall: Flytta från laboratoriet till industrin
Inom flyg- och rymdverksamheten är tryckfartyg mycket viktiga delar av lanseringsfordon och satelliter som måste hantera mycket höga temperaturer och tryck. KITECHs tester på titanlegeringstryckkärl indikerade att delar som gjordes med användning av DED -processen inte bröts lätt vid -196 grader, och den återstående spänningen minskades med 40% jämfört med delar gjorda av traditionella smidningsmetoder genom att optimera avsättningsvägen. General Electric (GE) har också använt 3D -utskrift för att göra gasturbinblad, vilket gjorde kylkanalerna tre gånger mer komplicerade och 64% mer effektiva. Detta är ett bra exempel på hur man konstruerar interna flödeskanaler i tryckkärl.
Shell har börjat använda 3D -utskrift för att göra värmeväxlarrörsdelar i den petrokemiska industrin. Detta beror på att standardborrningsmetoder inte kan göra tunna - väggkonstruktioner (med en minsta väggtjocklek på 0,5 mm). Konstruktionen av konforma vattenkanaler har också gjort kylsystemet 15% effektivare. Partnerskapet mellan AML3D och ExxonMobil har visat att 3D -utskrift kan användas för att göra enorma tryckkärl med en diameter på 1,5 meter. Dess WAM -teknik fungerar med ett brett utbud av material, inklusive aluminium, titan och stål. Detta gör det lättare att göra kemisk utrustning som är skräddarsydd efter dina behov.
Valourek och Total har arbetat tillsammans för att göra en 1,2 - meter-hög, 220 kilogram vattenjacka-komponent för energilagring med WAAM-teknik. Denna teknik minskar komponentens vikt i hälften jämfört med standardkonstruktioner och kontrollerar kvaliteten på de svetsade anslutningarna med 100% radiografisk testning. Detta fall visar att 3D -utskrift kan göra tryckkärlens stödstrukturer bättre, använda mindre material och arbeta bättre i jordbävningar.
3. Materialprestanda: Problem med att uppfylla tryckkärlstandarder
För att göra tryckkärl måste materialen uppfylla krävande standarder för saker som styrka, hårdhet, korrosionsmotstånd och stabilitet vid låga temperaturer. Just nu kan de flesta arbetsförhållanden uppfyllas av de material som regelbundet används för 3D -utskrift:
TI6AL4V är en vanlig titanlegering som används i flyg- och rymd. Den har en draghållfasthet på 890 MPa, en förlängning på 10%och hög seghet även i -196 grader. Testning av KITECH visar att titanlegeringstryckkärl som görs med hjälp av DED -tekniken inte ändrar form under hårda förhållanden och uppfyller ASME BPVC -standarden.
Nickel - Baserade legeringar som Inconel 718 är starka även vid höga temperaturer på 650 grader, vilket gör dem bra för gasturbintryckkärl. Efter värmebehandling hade nickeln - baserade legeringsblad gjorda av GE med användning av SLM -tekniken en finare kornstorlek och en 20% högre styrka vid höga temperaturer.
ALSI10mg är en lätt aluminiumlegering (densitet 2,7 g/cm³) som ofta används i tryckkärl i bil- och elektroniksektorerna. Den har en draghållfasthet på 310 MPa, och T6 värmebehandling kan göra det ännu starkare, vilket uppfyller EN 13445 -standarden.
Men anisotropin av material som används i 3D -utskrift är fortfarande ett problem. Studier indikerar att trötthetsstyrkan hos komponenter som produceras via SLM -metoden i den vertikala orienteringen är 15% till 20% underlägsen jämfört med den horisontella orienteringen. För att bli av med porerna och höja materialdensiteten till över 99,9%, måste varm isostatisk pressning (höft) göras efter behandlingen.