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3D打印踏足油气行业还面临哪些挑战?

来源:中国工业电器网 时间:2015-11-17 00:00:00

    采用打印机和数字模型制造物品的3D打印,已有几十年历史,但一些行业包括油气工业,被称作“加法制造”(AM)的3D打印技术正在提升产品开发,加快原型机开发和生产制造。据Accenture公司《3D技术在油气工业的潜力报告2014》,随着技术复杂性提高,装置成本降低,可打印材料的多样化,3D打印正在进入主流制造和消费市场。这已成为备受关注的新闻头条。

  随着一批3D打印技术专利保护到期,更多的企业可以进入3D领域。一些行业3D打印的应用范围已超出非功能原型机,一批技术公司兴起,打印材料也有质量、可获得,人们对3D打印的兴趣大增,从航天到牙医都在用3D生产部件。3D打印的优势在于,能够生产形状复杂的较小部件,节约成本昂贵的材料。

  油气公司开发3D打印技术

  通用(GE)油气公司材料及制造技术部门负责人塞科尼说,公司5年前已开始3D打印技术开发活动,公司在意大利佛罗伦萨的加法制造技术实验室安装了第一台金属激光直接熔融机(DMLM)后,近3年的开发活动进一步加快,由于实验室增加了涡轮机部件开发装置和专用合金装置,制造能力得到提高。特别是公司在印度班加罗尔建立了新的加法制造实验室后,制造能力加速提升。

  通用油气公司在实验室主要从事3项开发活动。一是部件快速原型制造支持新生产引进,该技术加快了设计理念的测试,大大缩短了开发周期。如成功开发NovaLT16新型燃气轮机的燃料器,就用DMLM制造了4种不同设计部件,并快速在全尺寸燃机上进行测试,使开发、生产批准周期缩短了一半,采用被选中的设计已成功生产了第一台NovaLT16引擎。

  二是几乎无代价地形成了复杂几何形状部件的开发能力。公司对燃气涡轮机的燃烧部件进行再设计,采用创新的几何构型,提高了燃机技术性能,减少了燃烧排放。塞科尼说,技术创新需要工程师改变设计思想,与传统的制造技术相比,现在有了扩大的设计空间,更多的几何形状可能。现在可以整件一次打印成功,而不像以前那样要对多个部件进行铜焊、电焊或铆接,因此简化了制造和组装过程。

  三是用户可得到更经常的技术升级服务。用户以前总抱怨需要在仓库中保存备件,为的是减少装置停机、工厂停产造成的影响。3D打印带来这一范式的转变,由于缩短生产周期,可以快速生产与原件质量相同,甚至更好的配件。目前通用油气公司正在把3D打印技术用于其他生产线,如水下装置,并准备用于制造阀门组件。公司去年宣布,设在宾夕法尼亚的加法制造厂投产,该厂将加快推进不同业务分享知识与经验,包括油气业务。

  塞科尼说:“3D打印的应用机遇大部分还未开发,我们设计和生产部件的方法同样需要时间进行再创造。”哈里伯顿公司已在不同的业务线上应用3D打印技术,包括完井工具、电缆及射孔工具、测试和水下作业工具、钻头与服务支持等。

  哈里伯顿公司研发部门经理钟阿伦说,用3D打印开发一个部件原型需花费几天,但仍比传统的原型制造工艺快。用3D打印可以快速制造几何形状复杂的部件,而传统工艺制造复杂部件必需分成几块,以便对其内部进行机械加工,3D打印可减少分块数量。如制造流量控制装置,传统工艺要分成两件,然后再焊在一起,3D打印可以整件成型。

  油气业3D打印技术面临挑战

  研究人员指出,油气业应用3D打印技术有潜在局限性。由于人们高度关注油气工业用3D打印技术制造部件的责任及可靠性,会延缓3D打印技术的应用。航天工业用了10年时间开发内部工艺,以保证3D打印部件的质量和可靠性。在当前油价下行的市场环境,油气公司2016年需要节约资金,会推迟开发3D打印计划。今后5~10年,3D打印的研发任务是如何省钱。

  Accenture公司北美能源创新负责人布莱恩·理查德说,人们考虑从不太重要部件做起,如定制工具,但如果失败仍有责任问题,同时还有知识产权的归属问题,因为一些部件的知识产权属于第三方。需要开发新型 3D打印机和打印材料,使制造的部件适应高温、高压环境,这是能源公司通常的作业条件。此外,制造设计复杂、表面特异的部件,将对软件和计算提出挑战,而油气业在这方面还没有进展。

  与陆上油气作业相比,海洋油气应用3D打印技术更有潜力。海上远离机械制造厂和熟练技工,3D打印的一个优势是可以在现场制造所需配件,而不必停工拆解空运配件。比如钻机,只要有打印机和打印材料就能制造配件,3D打印一个部件只需6~24小时。因此可减少等待更换配件的时间,但钻机平台上没有工厂那样完备的质量控制、检查工具。

  总之,如果部件复杂、材料昂贵、批量小,就可以用3D打印。Accenture公司以在偏远现场的制造能力,帮助油气公司更好地管理物资供应链。对于油田服务公司,则可以向他们出售工具的数字模版或打印许可。不过在近期5年内,先别指望3D打印技术能给油气公司带来“实在的”收入。业内人士建议,油气公司应先从建模做起,熟悉此技术的现状,建立最有价值的技术目标和发展策略。

  3D打印不止是复制装备部件,3D打印技术为油气工业提供了更多的应用方法。过去学校教授的工程制图要转变为现代设计,现行设计理念也要改变。采用标准制造技术,在设计部件时是看不到的。工程师内心的现行制造标准和限制也要改变,现行制造标准和限制不利的一面是遏制创新与好奇心。另外,机械加工部件表面平滑、光亮,打印的可能看起来粗糙,但性能相同,这是偏好而非功能问题,而且打印可以创造任何部件。在经济下行环境,油气工业需要以更好、更经济的方式制造产品。

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