Velo3D 有助于為石油和天然氣行業(yè)的工業(yè)增材制造奠定基礎(chǔ)

摘自metal-am，Gordon翻譯

兩個(gè)節(jié)流閥，在 Velo3D 的 Sapphire 機(jī)器上增材制造，并使用 IMI Critical 的 DRAG 技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化（由 Velo3D 提供）

美國(guó)加利福尼亞州坎貝爾市的 Velo3D, Inc 一直為 IMI Critical 提供先進(jìn)的增材制造技術(shù)，該公司為新的石油和天然氣工廠設(shè)計(jì)、制造和安裝定制的、高度工程化的流量控制解決方案，并提供全面的工廠生命周期服務(wù)支持。

通過(guò)與一家主要的油氣運(yùn)營(yíng)商（也是 API 委員會(huì)成員）合作，IMI Critical 現(xiàn)已交付了最高關(guān)鍵性（增材制造規(guī)范級(jí)別 3；AMSL 3），用于現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)的首件組件構(gòu)建。這些零件是在由合約制造商 Knust-Godwin 運(yùn)營(yíng)的 Velo3D Sapphire AM 機(jī)器上增材制造的。

這些部件還符合 API20S 規(guī)范要求，據(jù)說(shuō)這是第一個(gè)油氣行業(yè)認(rèn)可的金屬 AM 規(guī)范。目前正在投票中，這將闡明用于所有類型油氣設(shè)施的金屬 AM 組件制造商的流程、測(cè)試、文檔和可追溯性等要求。

API20S 草案正在由數(shù)百家公司（從運(yùn)營(yíng)商到 OEM 再到 AM 機(jī)器制造商）的意見(jiàn)起草，目前已進(jìn)入最后階段。雖然沒(méi)有詳細(xì)說(shuō)明完整的成功標(biāo)準(zhǔn)（即所需的機(jī)械或無(wú)損檢測(cè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)），但 API20S 確實(shí)概述了根據(jù)油氣作業(yè)中的不同風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別需要進(jìn)行哪些類型的測(cè)試和驗(yàn)證。

在提議采用上述標(biāo)準(zhǔn)的幫助下，石油和天然氣運(yùn)營(yíng)商越來(lái)越愿意考慮將金屬增材制造作為行業(yè)傳統(tǒng)問(wèn)題的潛在解決方案 - 即快速可靠地制造用于偏遠(yuǎn)地區(qū)的關(guān)鍵部件.不出所料，隨著行業(yè) OEM 與運(yùn)營(yíng)商客戶一起發(fā)展，他們也在尋求 AM，以實(shí)現(xiàn)更高效、更具成本效益的解決方案，以解決持續(xù)的庫(kù)存和地理障礙。

IMI Critical 的研發(fā)總監(jiān) Steve Freitas 表示，該公司是熱情歡迎這些準(zhǔn)則的公司之一，因?yàn)樗趲啄昵熬烷_(kāi)始研究用于閥門增材制造的不同系統(tǒng)，并且直到最近才確定了適合其需求的先進(jìn) AM 技術(shù)。選擇 Velo3D 來(lái)滿足這些需求的公司是基于其機(jī)器的關(guān)鍵特性——即自動(dòng)化預(yù)構(gòu)建系統(tǒng)校準(zhǔn)和現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量監(jiān)控和報(bào)告，許多 API20S 目標(biāo)都基于這些能力。該聯(lián)合項(xiàng)目的長(zhǎng)期目標(biāo)是建立一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)綱要，旨在支持 AM 生產(chǎn)部件認(rèn)證的路徑，以及未來(lái)建立更精確的材料特性和測(cè)試方法規(guī)范.

對(duì)于團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目，O&G 操作員選擇了一個(gè)常用的節(jié)流閥籠。該部件制造時(shí)帶有用于端口的簡(jiǎn)單槽孔，由于高壓降操作中的閥芯腐蝕，這些槽孔可能會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)和損壞問(wèn)題。

從創(chuàng)建這個(gè)遺留部件到今天，流量控制行業(yè)已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。其發(fā)展的一個(gè)步驟是 IMI Critical 的技術(shù) DRAG®，它由一系列離散的多級(jí)流路組成，可以更好地控制流體速度并防止振動(dòng)和修剪侵蝕問(wèn)題。多年來(lái)一直生產(chǎn)金屬 AM 組件的 IMI Critical 看到了一個(gè)商機(jī)，不僅可以按需更換零件，還可以通過(guò) DRAG 提高其性能。該項(xiàng)目的下一步是評(píng)估基于 Inconel 718 的 AM 新設(shè)計(jì)。

Freitas 說(shuō)：“Velo3D 對(duì)我們的籠罩設(shè)計(jì)的早期審查就如何提高竣工 AM 零件和最終的后處理加工零件的質(zhì)量提出了寶貴的建議。”

準(zhǔn)備

隨著零件的 CAD 設(shè)計(jì)完成，現(xiàn)在是轉(zhuǎn)向增材制造的時(shí)候了。Velo3D 的 Flow 制造準(zhǔn)備軟件會(huì)自動(dòng)響應(yīng)零件的幾何形狀，而無(wú)需開(kāi)發(fā)任何復(fù)雜的零件特定參數(shù)。Flow 通過(guò)應(yīng)用一組基于設(shè)計(jì)的原生 CAD 幾何圖形和用戶定義的與重要表面相關(guān)的輸入的通用配方來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。這允許設(shè)計(jì)工程師首先專注于他們所需的最終部件功能，而無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)構(gòu)建參數(shù)操作。

設(shè)計(jì)人員還可以使用該軟件應(yīng)用和測(cè)試不同的表面精煉子工藝，以選擇最佳的一種。這不僅導(dǎo)致快速過(guò)渡到項(xiàng)目的第一篇文章部分，而且還創(chuàng)建了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化框架，據(jù)說(shuō)可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化未來(lái)構(gòu)建的設(shè)置，以滿足 IMI Critical 的特定表面光潔度和流動(dòng)特性要求。

“Flow 大大減少了從 CAD 到打印文件的初始設(shè)置時(shí)間，”Velo3D 能源解決方案總監(jiān) Zach Walton 表示，他與 IMI Critical 密切合作該項(xiàng)目。“這為設(shè)計(jì)和制造工程師提供了更輕松、更有效地實(shí)施金屬 AM 打印的能力。同時(shí)，我們的系統(tǒng)能夠在任何 Velo Sapphire 機(jī)器上打印相同的構(gòu)建文件，無(wú)論它位于世界何處或由誰(shuí)操作，這對(duì) O&G 運(yùn)營(yíng)商的數(shù)字庫(kù)存和直接更換零件的愿景非常有吸引力?！?/P>

任何地方的質(zhì)量控制和再現(xiàn)性

在項(xiàng)目期間考慮到 API20S 要求，Velo3D 的內(nèi)部質(zhì)量控制軟件 Assure 提供的自動(dòng)化非常有益。

Walton 說(shuō)：“在構(gòu)建之前一鍵校準(zhǔn)后，Assure 會(huì)逐層編譯該數(shù)據(jù)以及在構(gòu)建過(guò)程中收集的大量信息，然后自動(dòng)生成包含重要信息的構(gòu)建報(bào)告?！?/P>

“原始數(shù)據(jù)和高度圖圖像對(duì)于評(píng)估和評(píng)估零件的關(guān)鍵區(qū)域以供未來(lái)生產(chǎn)也很有用，”他繼續(xù)說(shuō)道?！芭c Flow 預(yù)打印軟件結(jié)合使用，這允許在任何 VELO3D 系統(tǒng)上打印相同的打印文件，無(wú)論是誰(shuí)操作它或它在世界的哪個(gè)地方——具有相同的預(yù)期最終部件質(zhì)量。先進(jìn) AM 的這些功能現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字倉(cāng)儲(chǔ)和按需更換零件?！?/P>

（頂部）Velo3D 藍(lán)寶石金屬增材制造機(jī)內(nèi)部的實(shí)際逐層構(gòu)建照片：（A，左）重涂后的粉末床和（B，右）激光后的粉末床。（下）單層高度圖軟件圖像顯示（C，左）重涂后的粉末床，確保激光表面均勻，（D，右）激光后的粉末床，為下一次重涂提供部件性能和安全環(huán)境的觀察（圖片 Velo3D）
隨著 O&G 運(yùn)營(yíng)開(kāi)始利用金屬 AM 來(lái)更換或改進(jìn)遺留零件，這些知識(shí)為開(kāi)發(fā)更強(qiáng)大的供應(yīng)鏈提供了切實(shí)的支持。

“現(xiàn)在我們可以幫助我們的客戶減少庫(kù)存需求，同時(shí)提供機(jī)會(huì)來(lái)優(yōu)化關(guān)鍵過(guò)程控制組件的功能特性和材料，”Freitas 補(bǔ)充道。“這使油氣運(yùn)營(yíng)商能夠?qū)⒆⒁饬木S修和零部件供應(yīng)鏈問(wèn)題上轉(zhuǎn)移，專注于提高工廠可靠性和控制成本?！?/P>

兩個(gè) First Article 節(jié)流閥組件在 Knust Godwin 工廠成功增材制造。從那里，閥門與 API20S 測(cè)試樣本一起從構(gòu)建板上移除。然后將閥門加工至最終成品，同時(shí)根據(jù) API20S 對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)試，這表明符合 IMI Critical 的材料規(guī)范。

這些閥門隨后在 IMI Critical 進(jìn)行了流量測(cè)試，然后再交付給 O&G 運(yùn)營(yíng)商用于即將進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

Freitas 表示：“這是第一個(gè)使用 Velo3D 技術(shù)生產(chǎn)的生產(chǎn)閥門，流量測(cè)試結(jié)果深刻證明了 Flow 軟件提供的通用過(guò)程的一致性?！?/P>

IMI Critical 報(bào)告說(shuō)，其傳統(tǒng) OEM 無(wú)法再取代老化設(shè)計(jì)的運(yùn)營(yíng)商對(duì) AM 和 DRAG 等技術(shù)越來(lái)越開(kāi)放——但他們也要求盡快獲得這些新零件。

“這就是 AM 可以顯著改變畫面的地方，”沃爾頓補(bǔ)充道?！巴ㄟ^(guò)使用它在比傳統(tǒng)制造方法更短的時(shí)間內(nèi)交付 DRAG 優(yōu)化的零件，IMI Critical 可以為其客戶提供明顯更短的交貨時(shí)間和大大簡(jiǎn)化的供應(yīng)鏈?！?/P>

初步測(cè)試和分析已被認(rèn)為是成功的，這些版本正在運(yùn)輸中，由油氣運(yùn)營(yíng)商在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。生產(chǎn)構(gòu)建目前正在進(jìn)行中，利用在第一條構(gòu)建期間建立的制造計(jì)劃。還將進(jìn)行額外的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試以收集更多的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)。結(jié)果將是生產(chǎn)就緒的組件，符合當(dāng)前的 API20S 草案目標(biāo)，將在運(yùn)營(yíng)商的一個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

下一步

在現(xiàn)場(chǎng)安裝和測(cè)試新的節(jié)流閥籠之后，將發(fā)布和展示結(jié)果。展望未來(lái)，IMI Critical 打算進(jìn)一步實(shí)施 Velo3D 的技術(shù)，以制造額外的調(diào)整閥和其他類型的組件。

“金屬增材制造能夠在比傳統(tǒng)供應(yīng)鏈短得多的時(shí)間內(nèi)從堅(jiān)固的金屬合金中交付高度定制的零件，這是我們一段時(shí)間以來(lái)一直為客戶提供的好處。Velo3D 下一代技術(shù)的獨(dú)特能力將使我們能夠最大程度地減少對(duì)添加劑產(chǎn)品的重新設(shè)計(jì)，同時(shí)還可以減少與傳統(tǒng)金屬添加劑系統(tǒng)在構(gòu)建設(shè)置、維護(hù)和供應(yīng)鏈可擴(kuò)展性方面相關(guān)的障礙，”Freitas 說(shuō)。

由于 Velo3D 能夠以遠(yuǎn)低于 45° 的角度（在 IMI Critical 的 DRAG 技術(shù)的情況下，甚至可以降至零）制造內(nèi)部通道和懸垂物，IMI Critical 自己的設(shè)計(jì)探索工作可能會(huì)為使用高級(jí) AM 帶來(lái)更多優(yōu)勢(shì)。這有望增強(qiáng) DRAG 的應(yīng)用，以優(yōu)化傳統(tǒng)設(shè)計(jì)并簡(jiǎn)化工作流程。

IMI Critical 還計(jì)劃將 Velo3D 的 XC AM 系統(tǒng)的更大構(gòu)建平臺(tái)用于更大尺寸的流量控制元件，或更大體積的更小流量控制元件。

Freitas 總結(jié)道：“我們期待繼續(xù)與 VELO3D 合作，為 O&G 生產(chǎn)更多組件，并利用他們的大尺寸產(chǎn)能為石油和天然氣和化石能源市場(chǎng)制造非常大的閥門組件。”