La stampa 3D in metallo può essere ampiamente applicata nel settore energetico?

一, Borsa tecnologica: il salto dal laboratorio all'industria
Dall'idea perStampa 3D in metalloÈ arrivato negli anni '80, si è sviluppato in tre principali sistemi tecnologici: fusione del letto di polvere (PBF), deposizione di energia diretta (DED) e jetting di legante (BJT). La tecnologia selettiva di fusione laser (SLM) è diventata il metodo più popolare nell'area energetica perché ha una densità di oltre il 99% ed è accurata a livello di micrometro. Ad esempio, i bruciatori di turbine a gas di Siemens Energy realizzati con la tecnologia SLM combinano 13 pezzi saldati in una struttura, che triplica la loro durata della vita e aumenta la quantità di materiale utilizzato dal 20% nei metodi tradizionali a oltre il 90%.
The rate of technological change has sped up a lot. For example, the multi-laser collaborative system has made printing 30% more efficient, and the area printing technology uses pulse laser control to melt millions of light spots at once, which cuts down on the time it takes to make something. Platinum Technology's four-laser synchronous scanning method has cut the time it takes to print a single piece of aircraft engine blades by 40%. The research and development of new powders, like high entropy alloys and gradient materials, have led to 3D printed parts that work very well in nuclear reactors and hydrogen energy storage and transportation at high temperatures (>600 °C) and high pressures (>70 MPA).
2, grafico delle applicazioni del settore energetico: dalle parti chiave all'integrazione del sistema
1. Il vecchio settore energetico
Quando si crea turbine a gas, GE utilizza la tecnologia EBM per produrre dischi di turbina in lega ad alta temperatura a base di nichel. Questi dischi migliorano l'efficienza di raffreddamento del 15% attraverso la progettazione della struttura reticolare e salvano le emissioni di anidride carbonica di oltre 5000 tonnellate per unità all'anno. Con le sue 90 stampanti 3D di livello industriale, Siemens Energy è stata in grado di produrre in serie 400 tipi di componenti energetici. Ogni anno realizzano migliaia di parti essenziali, come fodere della camera di combustione.
Westinghouse Electric ha creato un tubo di rivestimento in lega di zirconio stampato in 3D per apparecchiature di energia nucleare. Questo tubo ha una struttura reticolare biomimetica che rende il raffreddamento del 15% più efficiente e taglia la possibilità di microcrack che possono verificarsi durante le tipiche tecniche di saldatura del 90%. L'Institute of Process Engineering dell'Accademia cinese delle scienze ha realizzato un rivestimento della camera di combustione di materiale di materiale di titanio/alluminio che ha un coefficiente di espansione termica dello 0,1% ad alta temperatura di 1200 gradi. Dura tre volte più a lungo dei materiali tradizionali.
2. Nell'area di nuova energia
Linde Group produce serbatoi di stoccaggio di idrogeno ad alta pressione dalla lega di titanio utilizzando la tecnologia delle lenti nel settore dell'energia dell'idrogeno. Il peso viene ridotto del 35% e la densità di accumulo di idrogeno viene aumentata al 6,2Wt%, che è del 40% in più rispetto a quelli che possono contenere i serbatoi di stoccaggio in acciaio tipici. Nella sfera dell'energia eolica, Vestas ha creato connettori torre in lega di alluminio stampati in 3D che rendono le torri più leggere mantenendole forti. Ciò riduce le emissioni di anidride carbonica di un massimo di 12 tonnellate all'anno per ogni turbina eolica.
Il mercato per il fissaggio delle apparecchiature di generazione di energia geotermica è diventato una nuova area di crescita. La società geotermica islandese ha utilizzato la tecnologia DED per fissare il rotore della turbina. Il costo di riparazione è solo del 30% del costo per ottenere nuove parti e il tempo necessario per intraprendere la manutenzione è sceso da 21 giorni a 72 ore.
3, le tre cose principali che rendono possibili applicazioni su larga scala
1. Ricostruzione dei costi: modifica di "articoli di prova costosi" in "opzioni convenienti"
La curva di riduzione dei costi per le attrezzature è piuttosto importante. Ad esempio, il prezzo delle attrezzature SLM fatte in Cina è diminuito del 40% rispetto ai modelli stranieri. Inoltre, il costo di un'unità di sistema laser a triplo BLT-S400 è stato mantenuto sotto i 5 milioni di yuan. Il tasso di recupero della polvere in lega di titanio dell'Unione intelligente del settore del ferro e dell'acciaio Hebei è del 98%e la polvere ricreata soddisfa lo standard ASTM F3001. Questo è un buon esempio di come impostare un sistema di riciclaggio del materiale. Ogni tonnellata di polvere riciclata può ridurre il mining del minerale primario di 12 tonnellate.
2. Un grande passo avanti nella standardizzazione: passare dalla "personalizzazione singola" a "produzione di massa"
Il sistema di controllo di qualità a 9 fasi di Siemens Energy ha reso stabile le parti stampate in 3D del 99,97% e il tempo operativo totale delle sue parti a turbina a gas è passato più di 1,5 milioni di ore. Il processo per ottenere la certificazione del settore sta accelerando. La specifica ASME BPVC ora contiene una clausola per la certificazione dei componenti di stampa 3D e lo standard API 6A ora include la produzione additiva nell'ambito della certificazione delle apparecchiature Wellhead.
3. Lavorare insieme per l'ambiente: dall'isola tecnologica "a" Alleanza del settore "
Sta diventando più comune per i produttori di attrezzature e le imprese energetiche lavorare a stretto contatto. Nikon SLM Solutions e Siemens Energy hanno lavorato insieme in un laboratorio per produrre un pacchetto di processo specifico per le turbine a gas. Ciò ha accelerato la stampa di parti in lega a base di nichel del 25%. La polvere in lega ad alta temperatura GH4169 su cui ha lavorato insieme Avic Maite e Bolite ha permesso alle lame per turbine a gas che durano il 95% tutto il tempo che farebbero se fossero forgiati.
4, percorso di sfida e rottura
1. Sblocco tecnico
Dobbiamo ancora capire come far funzionare la stampa multi-materiale con i metalli. La tecnologia di stampa bimetallica creata dal business EOS può creare giunti tra materiali diversi che sono forti del 92% come il materiale di base. Ciò è possibile perché l'azienda può gestire attentamente il confine di fusione tra leghe a base di nichel e acciaio inossidabile.
2. Cooperazione industriale
La costruzione di reti per la produzione distribuita sta diventando molto importante. La piattaforma di business digitale di Siemens Energy ha collegato 50 fornitori riconosciuti da tutto il mondo e ha utilizzato la tecnologia blockchain per condividere i parametri di stampa tra le aziende. Ciò ha portato alla coerenza del 99,2% dei componenti in un ambiente multi-fornitore.
3. Sviluppo di talenti
C'è un grande divario di talenti in DFAM (design per la produzione additiva). Utilizzando gli strumenti di ottimizzazione della topologia, il team di progettazione additiva di Siemens Energy ha tagliato il numero di pezzi nei componenti della turbina a gas dell'80% e la quantità di flusso d'aria di raffreddamento del 30%.