Principalmente, la tecnologia di stampa 3D in metallo consiste nella deposizione diretta di energia (come la LENS per la formazione di reti di ingegneria laser) e la fusione del letto di polvere (come la fusione laser selettiva SLM e la fusione del fascio di elettroni EBM). La tecnologia di deposizione diretta di energia prevede la spruzzatura di filo metallico o polvere direttamente su un substrato, la fusione con una fonte di calore e il deposito per costruire una struttura tridimensionale; la tecnologia di fusione del letto di polvere scioglie selettivamente gli strati di polvere metallica attraverso un fascio ad alta-energia (fascio laser o elettronico); l'impilamento strato-per-strato forma un solido tridimensionale. Tra i principali vantaggi di questa tecnologia vi sono la grande libertà di progettazione, la grande capacità produttiva per costruzioni difficili, un elevato tasso di utilizzo dei materiali e un ciclo di produzione veloce.
I bassi tassi di utilizzo dei materiali derivano dalle tradizionali tecniche di lavorazione dei metalli che spesso producono molti rifiuti e materiali di scarto. Inoltre, utilizzando solo le risorse necessarie per costruire gli oggetti, la tecnologia di stampa 3D in metallo utilizza una tecnica di impilamento strato-per-strato, riducendo quindi drasticamente lo spreco di materiale. Ad esempio, i metodi convenzionali possono richiedere prima la fusione dell'intero pezzo grezzo, quindi un'accurata lavorazione meccanica, e il tasso di utilizzo del materiale può essere inferiore al 50% quando si realizzano componenti di apparecchiature energetiche con strutture interne complesse. Sulla base di modelli di progettazione, la tecnologia di stampa 3D in metallo può produrre parti con precisione; inoltre, il tasso di utilizzo dei materiali può essere aumentato fino a superare l’80%–90%. L’uso della stampa 3D in metallo può aiutare a risparmiare molte spese annuali sui materiali metallici prendendo in considerazione alcuni complessi giunti di tubazioni nelle apparecchiature per l’energia nucleare.
La tecnologia di stampa 3D in metallo può abbreviare i processi di produzione e assemblaggio dei componenti delle apparecchiature energetiche. La tipica produzione tradizionale richiede diversi processi-realizzazione di stampi, fusione, forgiatura, lavorazione meccanica e assemblaggio-ognuno dei quali richiede un notevole investimento in termini di tempo, manodopera e risorse materiali. Combinando diversi componenti in un unico insieme, la tecnologia di stampa 3D può ottenere uno stampaggio integrato e ridurre al minimo la necessità di tecniche di assemblaggio e connettori. Per le turbine eoliche, ad esempio, la produzione convenzionale delle pale richiede componenti realizzati in modo indipendente, tra cui il guscio della pala, la trave e la piastra dell’anima, quindi combinandoli. Le lame integrate per la stampa diretta con strutture interne complicate e forme ottimali che utilizzano la tecnologia di stampa 3D in metallo non solo migliorano le prestazioni delle lame, ma semplificano anche il processo di produzione e riducono i costi di produzione.
Tre di questi tagliano le spese di produzione e manutenzione delle apparecchiature.
La tecnologia di stampa 3D per i metalli può generare complicati canali di raffreddamento e strutture interne per i componenti delle apparecchiature energetiche, migliorando così le prestazioni di dissipazione del calore e l'affidabilità delle apparecchiature e riducendo così il verificarsi di guasti alle apparecchiature. Ad esempio, le pale delle turbine stampate in 3D-utilizzate nelle turbine a gas hanno un design ottimizzato dei canali di raffreddamento che possono ridurre in modo efficiente la temperatura delle pale, prolungarne la durata e risparmiare sui tempi di inattività delle apparecchiature e sui costi di manutenzione derivanti dai danni alle pale.
Manutenzione delle apparecchiature: la tecnologia di stampa 3D in metallo può produrre rapidamente parti di ricambio per componenti rotti, abbreviare i cicli di manutenzione e ridurre le spese di manutenzione per la riparazione e il ripristino di alcune apparecchiature energetiche obsolete. Ad esempio, alcune apparecchiature importanti nei reattori nucleari hanno una durata di servizio più lunga e i componenti potrebbero subire usura o corrosione. Le tecniche di manutenzione convenzionali potrebbero richiedere l'acquisto di componenti all'estero, che non solo costano di più ma comportano anche tempi di consegna lunghi. I componenti necessari possono essere rapidamente prodotti in loco-e l'attrezzatura può essere prontamente ripristinata alla normalità mediante la tecnologia di stampa 3D in metallo.
Diversi consumatori hanno diverse esigenze in termini di specifiche, prestazioni e progettazione delle apparecchiature energetiche; la domanda del settore energetico è multiforme e imprevedibile. Con le tecnologie di stampa 3D in metallo è possibile soddisfare le esigenze di produzione personalizzata delle apparecchiature energetiche e realizzare la-produzione su richiesta. In base alle richieste dei consumatori, le aziende possono creare prodotti in tempo reale-, evitando così l'arretrato di inventario derivante dalla produzione di massa e riducendo le spese di inventario. Nel campo della produzione di energia solare, ad esempio, i criteri di progettazione per le staffe dei pannelli solari cambiano in base alle circostanze della risorsa energia solare e all’ambiente di installazione nelle varie aree. Le staffe appropriate possono essere rapidamente personalizzate a seconda delle esigenze particolari utilizzando la stampa 3D in metallo, riducendo così la pressione delle scorte e l'occupazione di capitale. Tagliare le spese di ricerca e sviluppo e abbreviare il ciclo mediante
Lo sviluppo di apparecchiature energetiche dipende in modo critico dalla prototipazione rapida. La rapida produzione di prototipi di apparecchiature rese possibili dalla stampa 3D in metallo aiuta il personale di ricerca e sviluppo a convalidare e migliorare tempestivamente i progetti, riducendo così il ciclo di ricerca e sviluppo. Ridurre la frequenza delle modifiche successive e della produzione di prova durante il processo di ricerca e sviluppo aiuta a minimizzare le spese di ricerca e sviluppo. Ad esempio, la tecnologia di stampa 3D può creare rapidamente prototipi di pale con vari schemi di progettazione per i test in galleria del vento e la valutazione delle prestazioni, il che consente una rapida decisione sullo schema di progettazione ideale e accelera i tempi di commercializzazione delle nuove turbine eoliche.
I tipi di materiali ora accessibili per la stampa 3D in metallo sono alquanto limitati e alcuni di essi non possono soddisfare completamente le esigenze delle apparecchiature energetiche in condizioni difficili, tra cui alta temperatura, alta pressione e grave corrosione.
Costo dell'attrezzatura La grande spesa per l'attrezzatura e la manutenzione della stampa 3D in metallo ne limita l'uso generale nel settore energetico.
Controllo qualità: gli impegnativi processi di ispezione e controllo qualità nella stampa 3D in metallo possono portare a difetti come pori e crepe, che compromettono l'affidabilità e le prestazioni dei componenti.
Specifiche standard: l’uso della tecnologia di stampa 3D in metallo nel settore energetico attualmente manca di standard e specifiche coerenti, producendo così una qualità del prodotto ineguale e creando alcuni problemi per la certificazione e l’utilizzo del prodotto.
Piano di risposta; ricerca e sviluppo dei materiali: investire di più nella ricerca e nello sviluppo di materiali per la stampa 3D in metallo, nonché in nuovi materiali ad alte-prestazioni adatti al settore energetico. Metodi come la modifica dei materiali e la legatura contribuiscono ad aumentare la robustezza, la resistenza alla corrosione e la resistenza alle alte-temperature dei materiali.
Si ottengono il miglioramento costante della tecnologia delle apparecchiature di stampa 3D in metallo, il miglioramento della velocità di stampa, della precisione e dell'efficienza produttiva delle apparecchiature, con conseguente riduzione dei costi delle apparecchiature. Rafforzare contemporaneamente la manutenzione e la gestione delle apparecchiature per aumentarne l'affidabilità e la stabilità.
Tecnologia per il controllo della qualità: utilizzando-tecnologie di ispezione all'avanguardia, tra cui test a raggi X-, test a ultrasuoni, ecc., crea un sistema completo di ispezione e controllo della qualità per la stampa 3D in metallo per monitorare e valutare costantemente la qualità dei componenti durante il processo di stampa.
I gruppi industriali, gli istituti di ricerca e le imprese dovrebbero aumentare la cooperazione per creare congiuntamente standard e requisiti per la stampa 3D dei metalli nel settore energetico, garantendo così la qualità e la sicurezza dei prodotti.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/the-combination-of-aluminum-lega-and-3d.html