Kan metaal 3D -printen op grote schaal worden toegepast in de energie -industrie?

一, Technologische doorbraak: de sprong van het lab naar de industrie
Sinds het idee voormetaal 3D -printenkwam in de jaren tachtig, het heeft zich ontwikkeld tot drie belangrijkste technologische systemen: poederbedsmelten (PBF), gerichte energieafzetting (Ded) en bindmiddeljit (BJT). Selectieve Laser Smelting (SLM) -technologie is de meest populaire methode in het energiegebied geworden omdat het een dichtheid van meer dan 99% heeft en nauwkeurig is op het niveau van de micrometer. Siemens Energy's gasturbine -branders gemaakt met SLM -technologie combineren bijvoorbeeld 13 gelaste stukken in één structuur, die hun levensduur verdrievoudigt en de hoeveelheid materiaal verhoogt die wordt gebruikt van 20% in traditionele methoden tot meer dan 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, Graph of Energy Industry Toepassingen: van belangrijke onderdelen tot systeemintegratie
1. De oude energiesector
Bij het maken van gasturbines gebruikt GE EBM -technologie om nikkel - gebaseerde hoog - temperatuurlegering turbineschijven te maken. Deze schijven verbeteren de koelefficiëntie met 15% door het ontwerp van de roosterstructuur en bewaren de uitstoot van koolstofdioxide met meer dan 5000 ton per eenheid per jaar. Met zijn 90 industriële - Grade 3D -printers heeft Siemens Energy in staat geweest om - 400 soorten energiecomponenten te produceren. Elk jaar maken ze duizenden essentiële onderdelen, zoals verbrandingskamer voeringen.
Westinghouse Electric heeft een 3D {- gedrukte zirkoniumlegeringskleedbuis voor kernenergieapparatuur gemaakt. Deze buis heeft een biomimetische roosterstructuur die koeling 15% efficiënter maakt en de kans op microscheuren vermindert die kunnen gebeuren tijdens typische lastechnieken met 90%. Het Institute of Process Engineering van de Chinese Academie van Wetenschappen maakte een titanium/aluminium functioneel graded materiaalverbrandingskamer voering met een thermische expansiecoëfficiënt van 0,1% bij een hoge temperatuur van 1200 graden. Het duurt drie keer langer dan traditionele materialen.
2. Op het gebied van nieuwe energie
Linde Group maakt hoge - druk waterstofopslagtanks uit titaniumlegering met lenstechnologie in de waterstofergiebedrijf. Het gewicht wordt gesneden met 35% en de waterstofopslagdichtheid wordt verhoogd tot 6,2 WT%, wat 40% meer is dan wat typische stalen opslagtanks kunnen bevatten. In de sfeer van windenergie heeft Vestas 3D - gedrukte aluminiumlegeringstorenconnectoren gemaakt die de torens lichter maken en ze sterk houden. Dit verlaagt de uitstoot van koolstofdioxide met maximaal 12 ton per jaar voor elke windturbine.
De markt voor het repareren van geothermische apparatuur voor stroomopwekking is een nieuw groeigebied geworden. IJsland Geothermal Company gebruikte Ded Technology om de turbine -rotor te repareren. De reparatiekosten zijn slechts 30% van de kosten voor het krijgen van nieuwe onderdelen, en de tijd die nodig is om onderhoud te onderhouden is gedaald van 21 dagen tot 72 uur.
3, de drie belangrijkste dingen die grote - schaaltoepassingen mogelijk maken
1. Kostenreconstructie: "dure testartikelen" wijzigen in "betaalbare opties"
De kostenreductiecurve voor apparatuur is vrij belangrijk. De prijs van SLM -apparatuur die in China is gemaakt, is bijvoorbeeld met 40% gedaald in vergelijking met buitenlandse modellen. Ook zijn de kosten van één BLT - S400 Triple Laser System Unit gehouden onder 5 miljoen yuan. De titanium legeringspoederherstelpercentage van Hebei Iron and Steel Industry Intelligente Union is 98%en het nagebootste poeder voldoet aan de ASTM F3001 -standaard. Dit is een goed voorbeeld van het opzetten van een materiaalrecyclingsysteem. Elke ton gerecycled poeder kan de mijnbouw van het primaire erts met 12 ton verminderen.
2. Een grote stap voorwaarts in standaardisatie: gaan van "single -piece aanpassing" naar "massaproductie"
Het 9-stappen kwaliteitscontrolesysteem van Siemens Energy heeft het proces van het stabiel maken van 3D-geprinte onderdelen 99,97%, en de totale operationele tijd van zijn gasturbine-onderdelen is meer dan 1,5 miljoen uur gegaan. Het proces van het verkrijgen van industriecertificering is versneld. De ASME BPVC -specificatie bevat nu een clausule voor 3D -printcomponentcertificering, en de API 6A -standaard omvat nu additieve productie in de reikwijdte van Wellhead Equipment -certificering.
3. Samenwerken voor het milieu: van "Technology Island" tot "Industry Alliance"
Het wordt steeds gebruikelijker voor apparatuurmakers en energiebedrijven om nauw samen te werken. Nikon SLM Solutions en Siemens Energy hebben samengewerkt in een laboratorium om een ​​specifiek procespakket voor gasturbines te produceren. Dit heeft het afdrukken van nikkel - gebaseerde legeringsonderdelen met 25%versneld. De GH4169 High - Temperatuurlegeringspoeder waar Avic Maite en Bolite samen aan samenwerkten, heeft het mogelijk gemaakt voor gasturbinebladen om 95% te duren, zolang ze zouden doen als ze zouden worden gesmeed.
4, pad van uitdaging en doorbraak
1. Technische wegversperring
We moeten nog steeds uitzoeken hoe we multi {- materiaaldrukwerk met metalen kunnen maken. De bimetallische printtechnologie die door EOS Business is gemaakt, kan gewrichten maken tussen verschillende materialen die 92% zo sterk zijn als het basismateriaal. Dit is mogelijk omdat het bedrijf zorgvuldig de fusiegrens kan beheren tussen nikkel - gebaseerde legeringen en roestvrij staal.
2. Industriële samenwerking
Het bouwen van netwerken voor gedistribueerde productie wordt erg belangrijk. Het Digital Business Platform van Siemens Energy heeft 50 erkende leveranciers van over de hele wereld gekoppeld en Blockchain -technologie gebruikt om drukparameters op bedrijven te delen. Dit heeft geleid tot 99,2% consistentie van componenten in een multi - leverancieromgeving.
3. Talent ontwikkelen
Er is een grote talentenkloof in DFAM (ontwerp voor additieve productie). Met behulp van topologie -optimalisatietools heeft het additieve ontwerpteam van Siemens Energy het aantal stukken in gasturbinecomponenten met 80% en de hoeveelheid koelluchtstroom met 30% gesneden.