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

摘自metal-am，Gordon翻譯

兩個節(jié)流閥，在 Velo3D 的 Sapphire 機器上增材制造，并使用 IMI Critical 的 DRAG 技術進行了優(yōu)化（由 Velo3D 提供）

美國加利福尼亞州坎貝爾市的 Velo3D, Inc 一直為 IMI Critical 提供先進的增材制造技術，該公司為新的石油和天然氣工廠設計、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支持。

通過與一家主要的油氣運營商（也是 API 委員會成員）合作，IMI Critical 現(xiàn)已交付了最高關鍵性（增材制造規(guī)范級別 3；AMSL 3），用于現(xiàn)場服務的首件組件構建。這些零件是在由合約制造商 Knust-Godwin 運營的 Velo3D Sapphire AM 機器上增材制造的。

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

API20S 草案正在由數(shù)百家公司（從運營商到 OEM 再到 AM 機器制造商）的意見起草，目前已進入最后階段。雖然沒有詳細說明完整的成功標準（即所需的機械或無損檢測驗收標準），但 API20S 確實概述了根據(jù)油氣作業(yè)中的不同風險級別需要進行哪些類型的測試和驗證。

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

IMI Critical 的研發(fā)總監(jiān) Steve Freitas 表示，該公司是熱情歡迎這些準則的公司之一，因為它在幾年前就開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 AM 技術。選擇 Velo3D 來滿足這些需求的公司是基于其機器的關鍵特性——即自動化預構建系統(tǒng)校準和現(xiàn)場質量監(jiān)控和報告，許多 API20S 目標都基于這些能力。該聯(lián)合項目的長期目標是建立一個現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)綱要，旨在支持 AM 生產(chǎn)部件認證的路徑，以及未來建立更精確的材料特性和測試方法規(guī)范.

對于團隊項目，O&G 操作員選擇了一個常用的節(jié)流閥籠。該部件制造時帶有用于端口的簡單槽孔，由于高壓降操作中的閥芯腐蝕，這些槽孔可能會出現(xiàn)振動和損壞問題。

從創(chuàng)建這個遺留部件到今天，流量控制行業(yè)已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。其發(fā)展的一個步驟是 IMI Critical 的技術 DRAG®，它由一系列離散的多級流路組成，可以更好地控制流體速度并防止振動和修剪侵蝕問題。多年來一直生產(chǎn)金屬 AM 組件的 IMI Critical 看到了一個商機，不僅可以按需更換零件，還可以通過 DRAG 提高其性能。該項目的下一步是評估基于 Inconel 718 的 AM 新設計。

Freitas 說：“Velo3D 對我們的籠罩設計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量提出了寶貴的建議。”

準備

隨著零件的 CAD 設計完成，現(xiàn)在是轉向增材制造的時候了。Velo3D 的 Flow 制造準備軟件會自動響應零件的幾何形狀，而無需開發(fā)任何復雜的零件特定參數(shù)。Flow 通過應用一組基于設計的原生 CAD 幾何圖形和用戶定義的與重要表面相關的輸入的通用配方來實現(xiàn)這一點。這允許設計工程師首先專注于他們所需的最終部件功能，而無需進行復雜的預構建參數(shù)操作。

設計人員還可以使用該軟件應用和測試不同的表面精煉子工藝，以選擇最佳的一種。這不僅導致快速過渡到項目的第一篇文章部分，而且還創(chuàng)建了一個標準化框架，據(jù)說可以進一步簡化未來構建的設置，以滿足 IMI Critical 的特定表面光潔度和流動特性要求。

“Flow 大大減少了從 CAD 到打印文件的初始設置時間，”Velo3D 能源解決方案總監(jiān) Zach Walton 表示，他與 IMI Critical 密切合作該項目?！斑@為設計和制造工程師提供了更輕松、更有效地實施金屬 AM 打印的能力。同時，我們的系統(tǒng)能夠在任何 Velo Sapphire 機器上打印相同的構建文件，無論它位于世界何處或由誰操作，這對 O&G 運營商的數(shù)字庫存和直接更換零件的愿景非常有吸引力。”

任何地方的質量控制和再現(xiàn)性

在項目期間考慮到 API20S 要求，Velo3D 的內部質量控制軟件 Assure 提供的自動化非常有益。

Walton 說：“在構建之前一鍵校準后，Assure 會逐層編譯該數(shù)據(jù)以及在構建過程中收集的大量信息，然后自動生成包含重要信息的構建報告?！?/P>

“原始數(shù)據(jù)和高度圖圖像對于評估和評估零件的關鍵區(qū)域以供未來生產(chǎn)也很有用，”他繼續(xù)說道。“與 Flow 預打印軟件結合使用，這允許在任何 VELO3D 系統(tǒng)上打印相同的打印文件，無論是誰操作它或它在世界的哪個地方——具有相同的預期最終部件質量。先進 AM 的這些功能現(xiàn)在可以實現(xiàn)數(shù)字倉儲和按需更換零件。”

（頂部）Velo3D 藍寶石金屬增材制造機內部的實際逐層構建照片：（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 運營開始利用金屬 AM 來更換或改進遺留零件，這些知識為開發(fā)更強大的供應鏈提供了切實的支持。

“現(xiàn)在我們可以幫助我們的客戶減少庫存需求，同時提供機會來優(yōu)化關鍵過程控制組件的功能特性和材料，”Freitas 補充道。“這使油氣運營商能夠將注意力從維修和零部件供應鏈問題上轉移，專注于提高工廠可靠性和控制成本?！?/P>

兩個 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 測試樣本一起從構建板上移除。然后將閥門加工至最終成品，同時根據(jù) API20S 對樣品進行測試，這表明符合 IMI Critical 的材料規(guī)范。

這些閥門隨后在 IMI Critical 進行了流量測試，然后再交付給 O&G 運營商用于即將進行的現(xiàn)場試驗。

Freitas 表示：“這是第一個使用 Velo3D 技術生產(chǎn)的生產(chǎn)閥門，流量測試結果深刻證明了 Flow 軟件提供的通用過程的一致性。”

IMI Critical 報告說，其傳統(tǒng) OEM 無法再取代老化設計的運營商對 AM 和 DRAG 等技術越來越開放——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，”沃爾頓補充道?！巴ㄟ^使用它在比傳統(tǒng)制造方法更短的時間內交付 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間和大大簡化的供應鏈。”

初步測試和分析已被認為是成功的，這些版本正在運輸中，由油氣運營商在現(xiàn)場運行。生產(chǎn)構建目前正在進行中，利用在第一條構建期間建立的制造計劃。還將進行額外的現(xiàn)場測試以收集更多的運營數(shù)據(jù)。結果將是生產(chǎn)就緒的組件，符合當前的 API20S 草案目標，將在運營商的一個站點進行實際現(xiàn)場試驗。

下一步

在現(xiàn)場安裝和測試新的節(jié)流閥籠之后，將發(fā)布和展示結果。展望未來，IMI Critical 打算進一步實施 Velo3D 的技術，以制造額外的調整閥和其他類型的組件。

“金屬增材制造能夠在比傳統(tǒng)供應鏈短得多的時間內從堅固的金屬合金中交付高度定制的零件，這是我們一段時間以來一直為客戶提供的好處。Velo3D 下一代技術的獨特能力將使我們能夠最大程度地減少對添加劑產(chǎn)品的重新設計，同時還可以減少與傳統(tǒng)金屬添加劑系統(tǒng)在構建設置、維護和供應鏈可擴展性方面相關的障礙，”Freitas 說。

由于 Velo3D 能夠以遠低于 45° 的角度（在 IMI Critical 的 DRAG 技術的情況下，甚至可以降至零）制造內部通道和懸垂物，IMI Critical 自己的設計探索工作可能會為使用高級 AM 帶來更多優(yōu)勢。這有望增強 DRAG 的應用，以優(yōu)化傳統(tǒng)設計并簡化工作流程。

IMI Critical 還計劃將 Velo3D 的 XC AM 系統(tǒng)的更大構建平臺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制造非常大的閥門組件。”