圧力容器またはその下部構造は、金属3D印刷を介して製造できますか？

1。技術的な実現可能性：添加剤の製造と圧力容器が集まるポイント
Metal 3Dプリンティングは、互いに金属粉またはワイヤーを積み重ねることにより、デジタルモデルから物理的な部品を作成します。この方法の主な利点は、標準的な方法の幾何学的な制限を回避し、複雑な構造の統合された成形を可能にすることです。この機能は、圧力容器の設計を大幅に改善できます。
軽量化構造と統合機能：従来の圧力容器を作るには、複雑な内部空洞構造を溶接する必要があります。 3Dプリントを使用すると、コンフォーマル冷却水チャネルや内部強化リブなどの機能を一度に追加できます。たとえば、韓国産業技術研究所（Kitech）は、チタン合金圧力容器を作るために、指向エネルギー堆積（DED）技術を使用しました。この方法により、直径640ミリメートルと130リットルのボリュームで、大きな-スケール生産が可能になりました。容器は、2つの半球成分を溶接および組み立てることで作られ、堆積パスは熱変形を制御するために最適化されました。最後に、-での低い-温度テストは、330 barでの196度の196度および高圧テストで、添加物が非常に過酷な条件でうまく機能することが示されました。
材料の利用とコストの最適化：従来の方法では、圧力容器を作るには、材料の最大30％から50％を無駄にする可能性がある予約処理手当が必要です。 3Dプリンティングの「ネットシェイプに近い」機能を使用すると、材料の90％以上を使用できます。 Shellは3D Metalforgeと協力して、選択レーザー融解（SLM）テクノロジーを使用して、熱交換器チューブの部品を印刷しました。これにより、納期は数週間から2週間に削減され、費用が20％以上削減されます。
クイックイテレーションと{-から-}注文生産：圧力容器は、使用方法に基づいて壁の厚さやインターフェイス位置などの設計特性を変更する必要がある場合があります。従来の金型開発サイクルは長くて高価です. 3 d印刷により、デザインをすばやく変更しやすくなります。たとえば、AML3Dは、従来の方法よりも60％速いワイヤー添加剤製造（WAM）テクノロジーを使用して12週間で作ることができるExxonMobilの8 -メートル、907キログラムのアルミニウム圧容器を作成しました。
2。アプリケーションケース：ラボから業界への移行
航空宇宙事業では、圧力容器は、非常に高い温度と圧力に対処しなければならない打ち上げ車両と衛星の非常に重要な部分です。チタン合金の圧力容器に関するキテックのテストは、DEDプロセスを使用して作られた部品が-196度で簡単に壊れず、堆積パスを最適化することにより従来の鍛造方法によって作られた部分と比較して40％削減されたことを示しました。 General Electric（GE）は、3D印刷を使用してガスタービンブレードを作成し、冷却チャネルを3倍複雑にし、64％の効率を高めました。これは、圧力容器に内部フローチャネルを構築する方法の良い例です。
シェルは、3D印刷を使用して、石油化学産業で熱交換器のチューブ部品を作り始めました。これは、標準的な掘削方法が薄い-壁の壁の構造を作ることができないためです（壁の厚さが最小0.5mm）。コンフォーマルウォーターチャネルの建設により、冷却システムが15％効果的になりました。 AML3DとExxonMobilのパートナーシップは、3D印刷を使用して、直径1.5メートルの巨大な圧力容器を作ることができることを示しています。そのWAMテクニックは、アルミニウム、チタン、鋼などの幅広い材料で動作します。これにより、ニーズに合わせた化学機器を簡単に作成できます。
ValourekとTotalは、WAAMテクノロジーを使用したエネルギー貯蔵のために、1.2 -高さ、220キログラムのウォータージャケットコンポーネントを作成するために協力しました。このテクノロジーは、標準の設計と比較してコンポーネントの重量を半分に削減し、100％のX線撮影テストで溶接接続の品質をチェックします。このケースは、3D印刷が圧力容器のサポート構造をより良くし、より少ない材料を使用し、地震でより良く機能する可能性があることを示しています。
3。材料のパフォーマンス：圧力容器の基準を満たす問題
圧力容器を作るために、材料は、低温での筋力、硬度、耐食性、安定性のようなもののための厳しい基準を満たさなければなりません。現在、ほとんどの労働条件は、3D印刷に定期的に使用される材料によって満たすことができます。
Ti6Al4Vは、航空宇宙で使用される一般的なチタン合金です。引張強度は890 MPa、10％の伸び、-196度でさえ高靭性を持っています。 Kitechによるテストは、DED技術を使用して作られたチタン合金圧力容器が過酷な条件で形状を変えず、ASME BPVC標準を満たしていないことを示しています。
ニッケル-インコルエル718のような合金ベースの合金は、650度の高温でも強力であり、ガスタービン圧力容器に適しています。熱処理後、SLM技術を使用してGEによって作られたニッケル-ベースの合金ブレードは、より細かい粒度と高温で20％高い強度を持っていました。
ALSI10MGは、自動車および電子部門の圧力容器でよく使用される軽量アルミニウム合金（密度2.7 g/cm³）です。 310 MPaの引張強度があり、T6熱処理はさらに強くなる可能性があり、EN 13445標準を満たしています。
しかし、3D印刷で使用される材料の異方性は依然として問題です。研究によると、垂直方向のSLM法を介して生成された成分の疲労強度は、水平方向と比較して15％〜20％劣っていることが示されています。毛穴を取り除き、材料密度を99.9％以上に上げるには、治療後に高温アイソスタティックプレス（股関節）を行う必要があります。