¿Se puede aplicar ampliamente la impresión 3D de metal en la industria energética?

一, avance tecnológico: el salto del laboratorio a la industria
Desde la idea deimpresión 3D de metalLlegó en la década de 1980, se ha convertido en tres sistemas tecnológicos principales: fusión del lecho de polvo (PBF), deposición de energía dirigida (DED) y Binder Jetting (BJT). La tecnología selectiva de fusión láser (SLM) se ha convertido en el método más popular en el área de energía porque tiene una densidad de más del 99% y es precisa al nivel de micrómetro. Por ejemplo, los quemadores de turbina de gas de Siemens Energy fabricados con tecnología SLM combinan 13 piezas soldadas en una sola estructura, lo que triplica su vida útil y aumenta la cantidad de material utilizado desde el 20% en métodos tradicionales a más del 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, Gráfico de aplicaciones de la industria energética: desde piezas clave hasta integración del sistema
1. El antiguo sector energético
Al hacer turbinas de gas, GE usa tecnología EBM para hacer níquel - High - Discos de turbina de temperatura de temperatura. Estos discos mejoran la eficiencia de enfriamiento en un 15% a través del diseño de la estructura de la red y ahorran emisiones de dióxido de carbono en más de 5000 toneladas por unidad por año. Con sus 90 impresoras de grado 3D industrial -}, Siemens Energy ha sido capaz de en masa - producir 400 tipos de componentes de energía. Cada año, hacen miles de partes esenciales, como revestimientos de cámara de combustión.
Westinghouse Electric ha creado un tubo de revestimiento de aleación de circonio impreso 3D - para equipos de energía nuclear. Este tubo tiene una estructura de red biomimética que hace que el enfriamiento sea un 15% más eficiente y reduzca la posibilidad de microgrietas que pueden ocurrir durante las técnicas de soldadura típicas en un 90%. El Instituto de Ingeniería de Procesos de la Academia de Ciencias de China realizó un revestimiento de cámara de combustión de material de titanio/aluminio funcionalmente que tiene un coeficiente de expansión térmica de 0.1% a una temperatura alta de 1200 grados. Dura tres veces más que los materiales tradicionales.
2. En el área de nueva energía
Linde Group hace que los tanques de almacenamiento de hidrógeno a presión alto - salgan de la aleación de la aleación de titanio utilizando la tecnología de lentes en el negocio de energía de hidrógeno. El peso se reduce en un 35% y la densidad de almacenamiento de hidrógeno aumenta a 6.2WT%, que es un 40% más que lo que pueden contener los tanques de almacenamiento de acero típicos. En la esfera de la energía eólica, Vestas ha creado conectores de torre de aleación de aluminio impresos en 3D - que hacen que las torres sean más ligeras mientras los mantienen fuertes. Esto corta las emisiones de dióxido de carbono en hasta 12 toneladas por año para cada turbina eólica.
El mercado para fijar el equipo de generación de energía geotérmica se ha convertido en una nueva área de crecimiento. Islandia Geothermal Company utilizó tecnología DED para arreglar el rotor de la turbina. El costo de reparación es solo el 30% del costo de obtener piezas nuevas, y el tiempo que lleva llevar a cabo el mantenimiento ha bajado de 21 días a 72 horas.
3, las tres cosas principales que hacen posibles aplicaciones de escala -}
1. Reconstrucción de costos: Cambiar "elementos de prueba caros" a "opciones asequibles"
La curva de reducción de costos para el equipo es bastante importante. Por ejemplo, el precio del equipo SLM fabricado en China ha bajado en un 40% en comparación con los modelos extranjeros. Además, el costo de una unidad de sistema láser triple S400 BLT - S400 se ha mantenido por debajo de 5 millones de yuanes. La tasa de recuperación de polvo de aleación de titanio de la industria inteligente de la industria del acero y el acero Hebei es del 98%, y el polvo recreado cumple con el estándar ASTM F3001. Este es un buen ejemplo de cómo configurar un sistema de reciclaje de material. Cada tonelada de polvo reciclado puede reducir la minería del mineral primario en 12 toneladas.
2. Un gran paso adelante en la estandarización: pasar de la "personalización de una sola pieza" a la "producción en masa"
El sistema de control de calidad de 9 pasos de Siemens Energy ha hecho el proceso de hacer que las piezas impresas en 3D estén 99.97% estables, y el tiempo operativo total de sus piezas de turbina de gas ha pasado más de 1,5 millones de horas. El proceso de obtener la certificación de la industria se está acelerando. La especificación ASME BPVC ahora contiene una cláusula para la certificación de componentes de impresión 3D, y el estándar API 6A ahora incluye la fabricación aditiva en el alcance de la certificación de equipos de pozos de pozo.
3. Trabajando juntos para el medio ambiente: desde "Technology Island" hasta "Industry Alliance"
Se está volviendo más común que los fabricantes de equipos y las empresas energéticas trabajen en estrecha colaboración. Nikon SLM Solutions y Siemens Energy han trabajado juntos en un laboratorio para producir un paquete de proceso específico para turbinas de gas. Esto ha acelerado la impresión de piezas de aleación basadas en níquel - en un 25%. El polvo de aleación de temperatura GH4169 High - en el que trabajaron el maite y el bolito Avic juntos ha hecho posible que las cuchillas de la turbina de gas dure un 95% siempre que lo hicieran si fueran forjados.
4, camino de desafío y avance
1. Roadbock técnico
Todavía necesitamos descubrir cómo hacer que la impresión de material multi - funcione con metales. La tecnología de impresión bimetálica creada por EOS Business puede hacer articulaciones entre diferentes materiales que son 92% tan fuertes como el material base. Esto es posible porque la compañía puede gestionar cuidadosamente el límite de fusión entre las aleaciones basadas en níquel -} y acero inoxidable.
2. Cooperación industrial
La construcción de redes para la fabricación distribuida se está volviendo muy importante. La plataforma de negocios digitales de Siemens Energy ha vinculado a 50 proveedores reconocidos de todo el mundo y ha utilizado la tecnología blockchain para compartir parámetros de impresión en todas las empresas. Esto ha llevado a una consistencia del 99.2% de componentes en un entorno de proveedor multi -.
3. Desarrollo de talento
Hay una gran brecha de talento en DFAM (diseño para la fabricación aditiva). Utilizando herramientas de optimización de topología, el equipo de diseño aditivo de Siemens Energy ha reducido el número de piezas en los componentes de la turbina de gas en un 80% y la cantidad de flujo de aire de enfriamiento en un 30%.