هل يمكن تطبيق الطباعة المعدنية ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع في صناعة الطاقة؟

一 ، الاختراق التكنولوجي: القفزة من المختبر إلى الصناعة
منذ فكرةالطباعة المعدنية ثلاثية الأبعادجاء في الثمانينات ، وقد تطورت إلى ثلاثة أنظمة تكنولوجية رئيسية: ذوبان سرير المسحوق (PBF) ، وترسب الطاقة الموجه (DED) ، والثئاب (BJT). أصبحت تقنية ذوبان الليزر الانتقائي (SLM) الطريقة الأكثر شعبية في منطقة الطاقة لأنها تبلغ كثافة أكثر من 99 ٪ وهي دقيقة لمستوى الميكرومتر. على سبيل المثال ، تجمع شعلات التوربينات الغازية الخاصة بـ Siemens Energy المصنوعة من تقنية SLM بين 13 قطعة ملحومة في هيكل واحد ، مما يثير ثلاث مرات عمرها ويثير كمية المواد المستخدمة من 20 ٪ في الأساليب التقليدية إلى أكثر من 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 ميجا باسكال).
2 ، رسم بياني لتطبيقات صناعة الطاقة: من الأجزاء الرئيسية إلى تكامل النظام
1. قطاع الطاقة القديم
عند صنع توربينات الغاز ، تستخدم GE تقنية EBM لجعل Nickel - عالية - أقراص التوربينات توربيني سبائك درجة الحرارة. تعمل هذه الأقراص على تحسين كفاءة التبريد بنسبة 15 ٪ من خلال تصميم هيكل الشبكة وتوفير انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بأكثر من 5000 طن لكل وحدة في السنة. من خلال طابعاتها الصناعية 90 - ، تمكنت Siemens Energy من الانتقاء - إنتاج 400 نوع من مكونات الطاقة. كل عام ، يصنعون الآلاف من الأجزاء الأساسية ، مثل بطانات غرفة الاحتراق.
قامت Westinghouse Electric بإنشاء أنبوب سبيكة Zirconium المطبوعة 3D- المطبوعة لمادة الكسوة النووية. يحتوي هذا الأنبوب على بنية شعرية محاكاة حيوية تجعل التبريد أكثر كفاءة بنسبة 15 ٪ ويؤدي إلى تقليص فرصة حدوث microcracks التي يمكن أن تحدث أثناء تقنيات اللحام النموذجية بنسبة 90 ٪. قام معهد هندسة العمليات في الأكاديمية الصينية للعلوم بعمل بطانة تحويلي من التيتانيوم/الألمنيوم وظيفيًا لها معامل تمدد حراري قدره 0.1 ٪ عند درجة حرارة عالية تبلغ 1200 درجة. يستمر ثلاث مرات أطول من المواد التقليدية.
2. في مجال الطاقة الجديدة
تجعل Linde Group مرتفعة - خزانات تخزين الهيدروجين من سبيكة التيتانيوم باستخدام تقنية العدسة في أعمال الطاقة الهيدروجين. يتم قطع الوزن بنسبة 35 ٪ ويتم رفع كثافة تخزين الهيدروجين إلى 6.2WT ٪ ، وهو أكثر بنسبة 40 ٪ مما يمكن أن تحمله خزانات تخزين الصلب النموذجية. في مجال طاقة الرياح ، أنشأت Vestas موصلات برج سبائك الألومنيوم المطبوعة ثلاثية الأبعاد (7}}} التي تجعل الأبراج أخف وزناً مع الحفاظ عليها قوية. هذا يقطع انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بما يصل إلى 12 طنًا سنويًا لكل توربينات الرياح.
أصبح السوق لإصلاح معدات توليد الطاقة الحرارية الأرضية مجالًا جديدًا للنمو. استخدمت شركة Iceland Geothermal Company تقنية DED لإصلاح الدوار التوربيني. تكلفة الإصلاح هي فقط 30 ٪ من تكلفة الحصول على أجزاء جديدة ، والوقت الذي يستغرقه إجراء الصيانة قد انخفض من 21 يومًا إلى 72 ساعة.
3 ، الأشياء الرئيسية الثلاثة التي تجعل تطبيقات مقياس كبيرة- ممكنة
1. إعادة بناء التكلفة: تغيير "عناصر الاختبار باهظة الثمن" إلى "خيارات بأسعار معقولة"
منحنى تخفيض التكلفة للمعدات مهم للغاية. على سبيل المثال ، انخفض سعر معدات SLM المصنوعة في الصين بنسبة 40 ٪ مقارنة بالنماذج الأجنبية. أيضًا ، تم الاحتفاظ بتكلفة BLT - S400 Triple Laser Unit أقل من 5 ملايين يوان. معدل استعادة مسحوق سبيكة التيتانيوم من الاتحاد الذكي لصناعة الحديد والصلب في هيبي هو 98 ٪ ، ومسحوق إعادة إنشاء يلتقي مع معيار ASTM F3001. هذا مثال جيد على كيفية إعداد نظام لإعادة تدوير المواد. يمكن لكل طن من المسحوق المعاد تدويره تقليل تعدين الخام الأولية بمقدار 12 طنًا.
2. خطوة كبيرة إلى الأمام في التقييس: الانتقال من "تخصيص قطعة واحدة" إلى "الإنتاج الضخم"
جعل نظام مراقبة الجودة المكون من 9 خطوات من Siemens عملية صنع الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد 99.97 ٪ ، وقد تجاوز الوقت التشغيلي لإجمالي أجزاء التوربينات الغازية أكثر من 1.5 مليون ساعة. عملية الحصول على شهادة الصناعة هي السرعة. تحتوي مواصفات ASME BPVC الآن على جملة لإصدار شهادة مكون الطباعة ثلاثية الأبعاد ، ويتضمن معيار API 6A الآن التصنيع الإضافي في نطاق شهادة معدات Wellhead.
3. العمل معًا من أجل البيئة: من "جزيرة التكنولوجيا" إلى "تحالف الصناعة"
أصبح الأمر أكثر شيوعًا بالنسبة لصانعي المعدات وشركات الطاقة للعمل معًا عن كثب. عملت Nikon SLM Solutions و Siemens Energy معًا في مختبر لإنتاج حزمة عملية محددة لتوربينات الغاز. وقد انطلق هذا من طباعة أجزاء السبائك القائمة على النيكل- بنسبة 25 ٪. لقد جعل مسحوق سبيكة درجة الحرارة GH4169 High - من الممكن أن تدوم شفرات التوربينات الغازية 95 ٪ طالما لو تم تزويرها.
4 ، مسار التحدي والاختراق
1
ما زلنا بحاجة إلى معرفة كيفية عمل طباعة المواد المتعددة - مع المعادن. يمكن لتكنولوجيا الطباعة المعبأة التي أنشأتها شركة EOS Business أن تصنع المفاصل بين مواد مختلفة والتي تبلغ 92 ٪ قوية مثل المادة الأساسية. هذا ممكن لأن الشركة يمكنها إدارة حدود الاندماج بعناية بين السبائك القائمة على النيكل- والفولاذ المقاوم للصدأ.
2. التعاون الصناعي
أصبحت شبكات بناء التصنيع الموزعة مهمة للغاية. ربطت منصة الأعمال الرقمية لشركة Siemens Energy 50 مورديًا معترفًا بها من جميع أنحاء العالم واستخدمت تقنية blockchain لتبادل معلمات الطباعة عبر الشركات. وقد أدى ذلك إلى اتساق 99.2 ٪ من المكونات في بيئة المورد متعددة-.
3. تطوير المواهب
هناك فجوة كبيرة في المواهب في DFAM (تصميم للتصنيع الإضافي). باستخدام أدوات تحسين الطوبولوجيا ، قام فريق التصميم المضافة لشركة Siemens Energy بخفض عدد القطع في مكونات التوربينات الغازية بنسبة 80 ٪ ومقدار تدفق الهواء التبريد بنسبة 30 ٪.