Bisakah kapal penekanan atau substrukturnya diproduksi melalui pencetakan 3D logam?

1. Kelayakan Teknis: Titik ketika pembuatan aditif dan bejana tekanan bersatu
Pencetakan 3D logam membuat bagian fisik dari model digital dengan menumpuk bubuk logam atau kabel di atas satu sama lain. Manfaat utama dari metode ini adalah bahwa ia mengelilingi batas geometris dari metode standar dan memungkinkan untuk cetakan terintegrasi struktur yang rumit. Fitur ini dapat sangat meningkatkan desain bejana tekanan:
Struktur ringan dan fungsi mengintegrasikan: Untuk membuat kapal tekanan tradisional, Anda perlu mengelas bersama struktur rongga internal yang rumit. Dengan pencetakan 3D, Anda dapat menambahkan fitur seperti saluran air pendingin konformal dan iga penguat internal sekaligus. Misalnya, Institut Teknologi Industri Korea (Kitech) menggunakan teknologi Deposisi Energi (DED) terarah untuk membuat kapal tekanan paduan titanium. Metode ini memungkinkan produksi skala - besar dengan diameter 640 milimeter dan volume 130 liter. Kapal dibuat dengan pengelasan dan merakit dua komponen hemisfer, dan jalur pengendapan dioptimalkan untuk mengontrol deformasi termal. Akhirnya, pengujian suhu rendah - di - 196 derajat dan pengujian tekanan tinggi pada 330 bar menunjukkan bahwa pencetakan aditif bekerja dengan baik dalam kondisi yang sangat keras.
Pemanfaatan material dan optimasi biaya: Dalam metode tradisional, membuat kapal penekanan memerlukan tunjangan pemrosesan yang dipesan, yang mungkin menyia -nyiakan hingga 30% hingga 50% bahan. Dengan fungsi "dekat bentuk dekat" pencetakan 3D, Anda dapat menggunakan lebih dari 90% material. Shell telah bekerja sama dengan 3D MetalForge untuk menggunakan teknologi selektif laser laser (SLM) untuk mencetak suku cadang untuk tabung penukar panas. Ini memotong waktu pengiriman dari beberapa minggu menjadi dua minggu dan memotong biaya lebih dari 20%.
Iterasi cepat dan dibuat - ke - Produksi Pesanan: Kapal Pressure Terkadang harus mengubah karakteristik desain seperti ketebalan dinding dan posisi antarmuka berdasarkan bagaimana mereka digunakan. Siklus pengembangan cetakan tradisional panjang dan mahal . 3 D pencetakan memudahkan untuk mengubah desain dengan cepat. Sebagai contoh, AML3D membuat 8 - meter, 907-kilogram aluminium pressure kapal untuk exxonmobil yang dapat dibuat dalam 12 minggu menggunakan teknologi Wire Additive Manufacturing (WAM), yang 60% lebih cepat daripada metode tradisional.
2. Kasus Aplikasi: Bergerak dari Lab ke Industri
Dalam bisnis aerospace, kapal penekan adalah bagian yang sangat penting dari kendaraan peluncuran dan satelit yang harus menangani suhu dan tekanan yang sangat tinggi. Tes Kitech pada kapal tekanan paduan titanium menunjukkan bahwa bagian -bagian yang dibuat menggunakan proses DED tidak mudah pecah pada -196 derajat, dan tegangan residu dipotong sebesar 40% dibandingkan dengan bagian yang dibuat oleh metode penempaan tradisional dengan mengoptimalkan jalur deposisi. General Electric (GE) juga telah menggunakan pencetakan 3D untuk membuat bilah turbin gas, yang membuat saluran pendingin tiga kali lebih rumit dan 64% lebih efisien. Ini adalah contoh yang baik tentang cara membangun saluran aliran internal di pembuluh tekanan.
Shell telah mulai menggunakan pencetakan 3D untuk membuat bagian tabung penukar panas di industri petrokimia. Ini karena metode pengeboran standar tidak dapat membuat konstruksi berdinding tipis - (dengan ketebalan dinding minimum 0,5mm). Konstruksi saluran air konformal juga telah membuat sistem pendingin 15% lebih efektif. Kemitraan antara AML3D dan ExxonMobil telah menunjukkan bahwa pencetakan 3D dapat digunakan untuk membuat pembuluh tekanan yang sangat besar dengan diameter 1,5 meter. Teknik WAM -nya bekerja dengan berbagai bahan, termasuk aluminium, titanium, dan baja. Ini membuatnya lebih mudah untuk membuat peralatan kimia yang disesuaikan dengan kebutuhan Anda.
Valourek dan Total telah bekerja bersama untuk membuat komponen jaket air setinggi 1.2 - meter, 220-kilogram untuk penyimpanan energi menggunakan teknologi WAAM. Teknologi ini memotong bobot komponen menjadi dua dibandingkan dengan desain standar dan memeriksa kualitas koneksi yang dilas dengan pengujian radiografi 100%. Kasing ini menunjukkan bahwa pencetakan 3D dapat membuat struktur pendukung kapal bertekanan lebih baik, menggunakan lebih sedikit bahan, dan bekerja lebih baik dalam gempa bumi.
3. Kinerja Material: Masalah dalam memenuhi standar kapal tekanan
Untuk membuat bejana bertekanan, bahan harus memenuhi standar yang tepat untuk hal -hal seperti kekuatan, kekerasan, ketahanan korosi, dan stabilitas pada suhu rendah. Saat ini, sebagian besar kondisi kerja dapat dipenuhi oleh bahan yang secara teratur digunakan untuk pencetakan 3D:
Ti6Al4V adalah paduan titanium umum yang digunakan dalam aerospace. Ini memiliki kekuatan tarik 890 MPa, perpanjangan 10%, dan ketangguhan tinggi bahkan pada -196 derajat. Pengujian oleh Kitech menunjukkan bahwa kapal tekanan paduan titanium yang dibuat menggunakan teknik DED tidak mengubah bentuk dalam kondisi yang keras dan memenuhi standar ASME BPVC.
Nickel - paduan berbasis seperti Inconel 718 kuat bahkan pada suhu tinggi 650 derajat, membuatnya baik untuk pembuluh tekanan turbin gas. Setelah perlakuan panas, nikel - berbasis bilah paduan yang dibuat oleh GE menggunakan teknik SLM memiliki ukuran butir yang lebih baik dan kekuatan 20% lebih tinggi pada suhu tinggi.
ALSI10MG adalah paduan aluminium ringan (kepadatan 2,7 g/cm³) yang sering digunakan dalam pembuluh tekanan di sektor otomotif dan elektronik. Ini memiliki kekuatan tarik 310 MPa, dan perlakuan panas T6 dapat membuatnya lebih kuat, yang memenuhi standar EN 13445.
Tetapi anisotropi bahan yang digunakan dalam pencetakan 3D masih menjadi masalah. Studi menunjukkan bahwa kekuatan kelelahan komponen yang dihasilkan melalui metode SLM dalam orientasi vertikal adalah 15% hingga 20% lebih rendah dibandingkan dengan orientasi horizontal. Untuk menyingkirkan pori -pori dan meningkatkan kepadatan material di atas 99,9%, hot isostatic pressing (pinggul) harus dilakukan setelah perawatan.