Пользователь
9,1
рейтинг
2 июля 2014 в 12:44

Кейс 3d-печати из металла (DMLS): микрореактор для нефтепереработки

«Приходят военные, просят напечатать какую-то штуковину размером со спичечный коробок, сразу покупают принтер и пропадают» из разговора с поставщиками 3d-принтеров


На фотографии справа — твит Элона Маска о том, что они напечатали деталь ракетного движка из жаропрочного никель-хромового сплава (Inconel) на 3d-принтере EOS.

Позже, на презентации появилась информация, что на SuperDraco — полностью напечатанные на 3D-принтере посадочные двигатели, каждый из которых имеет тягу порядка восьми тонн.

О том как обстоят дела в мире с сервисами 3d-печати я уже писал на Хабре, с тех пор я заинтересовался на что способны 3d-принтеры по металлу. Для начала я попытался найти в Москве место, где можно потрогать/пофотать это устройство, но столкнулся со сложностями, мол 200 000€, а вы с немытыми руками, либо эти принтеры находятся на территории военных/космических объектов, что без допуска туда нельзя.

Но нашлись питерские коллеги, которые поделились информацией, как они создавали микрореактор на 3d-принтере (от той же фирмы что и у Элона Маска).

Кейс от санкт-петербургского сервиса по 3d-печати:

Заказчик: российская компания нефтеперерабатывающей отрасли
Заказ: микрореактор для нефтепереработки
Требования: температура до 600С, давление до 100 атмосфер, работа в среде водорода и углеводородов, срок эксплуатации — 12 лет.

UPD (6.06.2014): пост на Хабре (5 октября 2012)
Ракетный двигатель, напечатанный на 3D-принтере
(товарищ с ником RocketMoonlighter продемонстрировал жидкостный ракетный двигатель (ЖРД), напечатанный на 3D-принтере.)


Подробнее про технологию DMLS,
про принтер EOS M290
и про микрореактор


Про технологию

Развернуть
Статья на Википедии про Direct metal laser sintering

Селективное лазерное плавление (SLM) является аддитивным производственным процессом, который использует данные CAD файлов в качестве цифрового источника информации и энергию в виде лазерного луча высокой мощности (обычно иттербиевого волоконного лазера) для создания трехмерных металлических деталей путем сплавления мелких металлических частиц порошка вместе.

Печать по технологии DMLS осуществляется следующим образом: мельчайший металлический порошок распределяется тонким слоем при помощи покрывающего механизма или ролика на платформе, которая опускается по вертикали.
imageimage
Процесс моделирования производится лазером, расплавляющим порошок слой за слоем, формируя таким образом законченный объект. Процедура происходит в камере закрытого типа, по окончании печати модель остывает и очищается от остатков порошка.



микровещи



Про принтер

Развернуть
EOS (Electro Optical Systems, Германия)

image
EOS M290

Машины серии «M» применяются для изготовления пресс-форм широкого назначения, специальных инструментов, деталей из специальных сплавов для авиационной и аэрокосмической отраслей.
Размеры зоны построения 250х250х215 мм.
В зависимости от используемого материала скорость построения детали 7,2-72,0 см3/ч, толщина слоя построения 20 – 100 мкм, мощность лазера 400 Вт,
диаметр пятна лазера 100-500 мкм.
Потребителям предложены новые металлопорошковых композиции:
— сплав кобальт-хром (CoCr);
— сплавы титана;
— нержавеющие стали;
— сплав Inconel (жаропрочный сплав на никелевой основе),
— инструментальные стали.

Подготовка данных

PC с ситемой Windows
Программное обеспечение: EOS RP Tools; EOSTATE; Magics RP (Materialise)
Формат: STL (опция — конвертер из всех стандартных форматов)
Сеть: Ethernet
Сертификация: CE, NFPA

видео тех.обслуживания



Про сервис 3d-печати



Как это выглядит в теории


Как это было в реальности

Специалистами на основании чертежей была разработана 3D модель микрореактора.
После чего модель была напечатана из нержавеющей стали.
После печати реактор снаружи финально обработали (отполировали), нарезали резьбу и ввинтили штуцер подачи водорода сбоку.



Для примера (по просьбе заказчика) напечатали изделие в «разрезе», чтобы заказчик смог оценить качество печати.

Размер микрореактора: высота около 150 мм, диаметр внешний около 50 мм.

Деталь печаталась около 16 часов (если бы одновременно печаталось сразу 10 деталей — это также заняло 16 часов)

Представителей сервиса 3d-печати пригласили для участия в тестировании микрореактора на стандартной реакторной установке (в оранжевой рамке указано место размещения микрореактора — он там под теплоизоляцией).

Серия испытаний проводилась в течении нескольких месяцев. Режим работы установок непрерывный (24 часа в сутки). Давление в реакторе было от 30 до 50 атмосфер (в зависимости от плана экспериментов) температура от 150 до 500 градусов цельсия.

процесс проведения испытаний

В реакторе получали высокооктановые компоненты бензина (необходимых для производства бензинов Евро-5)



распределение водорода в реакторной камере. Цветовой градацией отображена скорость водорода.

После успешных испытаний заказчик решил заказать уже партию микрореакторов, напечатанных на 3D принтере.
Стоимость микрореактора составила около 500 долларов, что для аналогичных микрореакторов (изготовленные традиционными способами) примерно в 10-15 раз дешевле.
Процесс традиционного изготовления — это сварка, токарка, сборная конструкция.(стоимость 5000-7500$ за штуку)

Напоследок еще несколько изделий напечатанных в питерском 3d-сервисе:


манифольд для нефтепереработки


изделие с внутренней системой охлаждения (встроенный теплообменник)


«Трубный пучок» — часть системы распределения потоков (жидкости и газа)
Алексей @MagisterLudi
карма
92,7
рейтинг 9,1
Пользователь
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (31)

  • +7
    Очень круто! Будущее рядом. Помню про такое только в научной фантастике читал когда был маленький. Встроенный теплообменник впечатлил
  • +4
    Здорово! Вот наглядный пример применения 3д принтера в промышленности, когда изделие выходит более дешевым, чем при применении традиционных технологий.
  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • 0
      Насколько я не вижу для себя применения «пластиковых» принтеров
      1) Ремонт-замена мелких сложных пластиковых вещей типа крышки батарейного отсека у фотоаппаратов с питанием от элементов АА.
      2) Штучное или мелкосерийное изготовление специальных деталей корпусов или «жакетов» для планшетов и смартфонов типа известной «насадки-стетоскопа» для iPhone (например, аналогичное изделие для Window N50).

      Правда, в обоих этих случаях нужен ещё и 3D-сканер…
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
        • 0
          Да, по части адаптеров для объективов тоже счастье обещается…
  • +2
    Последнее фото напомнило экзамен в лётном училище по гидросистеме двигателя — там тоже жуткие узлы из труб накручены были :)
    Статья интересная, спасибо. Радует, что 3D-печать продвигается в производственный сегмент, и может использоваться для печати действительно нужных вещей, в том числе тех, которые вообще невозможно сделать традиционными методами, а не только брелков и анимешных фигурок.
    • +1
      Тут обратный процесс. Сначала 3d принтеры использовались в промышленности, а потом самые простые модели появились в домашнем сегменте.
  • +2
    Нашел описание принтера www.eos.info/eos-m290
    Laser type: Yb-fibre laser; 400 W
    Power supply: 32 A
    Power consumption: max. 8.5 kW / typical 3.2 kW
    Nitrogen generator: integrated
    Power consumption: maximum 12 kW / typical 3.7 kW

    Интересно почему такие цифры в 12 kW и даже в 3.7 получаются?
    Я думал 400Вт лазер там самое прожорливое и дорогое.
    Луч направляется возможно сканатором, плюс еще несколько движков, охлаждение.
    Движки что перемещают лазер (если там не сканатор) и опускают платформу, разравнивают металлическую пыль не должны потреблять очень много т.к. они же не фрезу под большой нагрузкой таскают.

    Сократить цену, максимальное потребление, вес и размер и было бы уже пригодно для гаража.
    В 90-х перфоратор и болгарка большой роскошью была, а сейчас все что угодно: лазерные уровни, штроборезы, аккумуляторный инструмент.
    Надеюсь доживем до тех времен когда и такую штуку можно будет купить обычному человеку.
    • 0
      Интересно почему такие цифры в 12 kW и даже в 3.7 получаются?
      Я думал 400Вт лазер там самое прожорливое и дорогое.
    • +4
      400 Вт — выходная мощность лазера, потребляемая намного больше.
    • 0
      Да, было бы здорово. Но мы ведь понимаем, что дай народу такую штуку — и каждый школьник тремя кликами сможет напечатать себе ствол. Сейчас, при помощи современных инструментов, это тоже возможно, но: а) нужен опыт и знания, б) это всё-таки муторно и трудно, в) сделать что-то автоматическое или под стандартный патрон очень трудно. А тут — клик-клик — и пошёл печататься Кольт или ТТ-33.

      Впрочем, раньше тоже боялись, что дай народу цветные принтеры — все начнут подделывать деньги. Или дай печатные машинки — все начнут печатать подрывающие устои царизма анонимные листовки. Ну бывают редкие подобные случаи, но польза во много раз превышает вред, а преступники успешно ловятся. Может, мы как человечество дорастём до такого, и, когда у людей не останется мотивов сделать себе ствол ради убийства, будет и разрешение на свободную покупку таких принтеров…
      • –1
        и каждый школьник тремя кликами сможет напечатать себе ствол.

        Да и флаг в руки. Патроны он тоже напечатает?
        • 0
          Патроны достать проще, чем ствол. И они не идентифицируются.
          • 0
            Законным образом школьнику патронов достать, мягко говоря, трудно.
            А если он может их достать незаконно — то и ствол проблемой не будет.
            В обеих случаях возможность 3d печати ни на что не влияет.
            • +1
              Стройпатроны в свободном доступе есть. Вполне реально спроектировать хоть пистолет-пулемёт под раздельную подачу легальных стройпатронов и легальных, скажем, шариков для пневматики (вместо пуль). Итого «школоствольщику» останется только «распечатать» ствол и зарядить его свободно доступными боеприпасами.
    • 0
      там именно сканер-зеркальце. сам лазер закреплен.
  • 0
    Только добавлю что скорее всего сначала была разработана 3D модель микрореактора а уже потом чертежи.
  • 0
    — (промахнулся)
  • –3
    А где кейс?
  • +1
    Изделия, получается, довольно мелкосерийные, при том, что мелкие и сложные, так что изготовление аддитивным лазерным наплавлением может оказаться, в пересчёте на штуку, значительно дешевле организации «нормального» производственного процесса.

    К тому же, и это главное, «наплавить» можно изделия таких сложных конфигураций, что изготовить их традиционным способом было бы практически невозможно — никак не подлезть режущим инструментом (или, если вырезать по частям, потом сварки столько, что проще сразу полностью аддитивно делать).
  • +2
    Как потом оставшийся внутри порошок убирается — просто вытряхиванием?
    • 0
      Судя по фотке теплообменника, там похоже полностью замкнутый контур, тогда вытряхнуть не получиться, и нужно будет «вытряхивать» на момент когда ещё не закрыли полость (либо всё равно несколько частей).
    • +1
      Выдувается в герметичной камере. Затем регенерируется. Порошок 50 мкм округлый. Изготавливается распылением в защитной среде.
  • +1
    Было бы интересно узнать про принцип действия этих микрореакторов.
    • +2
      В общем случае — через трубки внизу подается компонент A и компонент Б, за счет конфигурации внутренностей поток проходя внутри него в определенной зоне создает давление/температуру при которых компоненты реагируют, образуя продукт В и готовый продукт тут же уносится потоком, прежде чем он успеет прореагировать как-то еще.
  • +1
    Круто, жду не дождусь когда смогу напечатать себе мотоцикл :)
  • 0
    Почему то сразу подумал а нельзя ли использовать газоплазменную горелку для спекания (с соответствующим падением точности конечно).
    • 0
      Горелка сдует металлическую пыль, поэтому придется если сначала эту пыль как-то клеем закрепить, да и с температурой плавления проблемы — доступны будут только легкосплавные металлы. Как вариант — почему бы и нет, хотя проще наверное взять обычную электролампу и большой отражатель с хорошей фокусировкой — тогда и точность можно сделать как в микросхемной фотолитографии.
  • +1
    Спасибо за интересный пост. Первое реальное применение 3D принтеров, по железу что я прочитал.
  • 0
    MagisterLudi хоть и прошло пол года если появится интерес, то приезжайте потрогать, пофотографировать в Москве
    п.с. стоит больше 200 000 евро

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.