Hybrid Wire Arc AM für die Öl- und Gasindustrie
MX3D hat den Druck einer industriellen Rohrleitungsschelle erfolgreich abgeschlossen. Schellen wie diese werden in der Chemie-, Öl- und Gasindustrie eingesetzt, um Zwischenfälle zu verhindern und die Laufzeit einer Anlage zu verlängern, bevor eine Wartung erforderlich wird.
Die WAAM-Schelle wurde in Zusammenarbeit mit Team Industries und TiaT hergestellt und getestet, zwei Unternehmen mit umfassender Erfahrung in der Wartung, Prüfung und (Not-)Reparatur komplexer industrieller Rohrsysteme. Das BWI (Belgium Welding Institute) führte die Materialprüfung durch und Lloyd's Register unterstützte MX3D beim Zertifizierungsprozess.
Kurze Vorlaufzeiten sind in der Öl- und Gasindustrie von entscheidender Bedeutung, da sowohl die Verringerung von Produktionsausfällen als auch die Verringerung von Umwelt-, Menschen- und Sicherheitsrisiken von entscheidender Bedeutung sind. Die derzeitige Vorlaufzeit für die Reparatur von Pipelines kann 2 bis 3 Wochen betragen, was einen potenziellen Wertverlust von mehreren 100 000 bis 1 Mio. EUR pro Tag bedeutet. Die derzeitigen Reparaturverfahren mit Schellen beruhen in der Regel auf CNC-Fräsen, spezialisierter Handarbeit oder einer Kombination aus beidem. Jedes dieser Verfahren hat seine Nachteile, da beim CNC-Fräsen viel Material verloren geht (im Durchschnitt mehr als 80 % des ursprünglichen Materials) und spezialisierte Arbeitskräfte immer seltener werden.
"Schellen und/oder Gehäuse, die zur Online-Leckabdichtung in (petro-)chemischen Anlagen verwendet werden, werden zu über 90 % kundenspezifisch entworfen und hergestellt und erfordern in den meisten Fällen eine sehr kurze Vorlaufzeit", so Simon van der Harst, Team Industrial Services, Senior Specialist Engineering and Manufacturing.
"Die WAAM-Technologie kann, wenn sie weiterentwickelt wird, in naher Zukunft einen Vorteil darstellen, da keine großen Investitionen mehr notwendig sind, um eine große Vielfalt an Lagerbeständen (Platten) zu halten; sehr wenig bis gar kein Materialabfall, wenn von Null an aufgebaut wird; Minimierung der Endbearbeitungszeit; mehr Vielfalt in der Gestaltung möglich und weniger abhängig von verfügbaren Werkzeugen und Basiskomponenten."
"Die hybride additive Fertigung kombiniert die Vorteile der konventionellen Fertigung, wie Präzision und hohe Produktionsgeschwindigkeit von 'einfachen' Teilen, mit den Vorteilen der additiven Fertigung, wie geometrische Freiheit, Produktionsgeschwindigkeit und minimaler Materialabfall. Die Qualität und Komplexität der WAAM Clamp zeigen das Potenzial der von MX3D entwickelten Technologie", so Thomas Van Glabeke, Project Lead / R&D Manager bei MX3D.
Im Rahmen des WAAM Clamp-Projekts wurde ein typisches Reparaturteil für Pipelines erforscht und mit hybrider WAAM hergestellt. Dieses Verfahren stellt eine intelligente Produktionslösung dar, indem es die Vorteile der traditionellen Fertigung (z. B. Präzisionsbearbeitung) mit den Vorteilen der additiven Fertigung mit Drahtbogen (z. B. Formfreiheit, hohe Abscheidungsraten und minimaler Materialabfall) kombiniert.
Die hybride WAAM-Technologie bietet der Öl- und Gasindustrie mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Technologien wie Schmieden, CNC-Fräsen und manuellem Schweißen (das spezielle Schweißer erfordert). Im Vergleich zum Schmieden hat WAAM eine kürzere Vorlaufzeit, da es vor Ort, auf Abruf und an entfernten Standorten produziert werden kann. Im Vergleich zum CNC-Fräsen hat WAAM einen viel geringeren Materialabfall, da ein additiver Fertigungsprozess anstelle eines subtraktiven Prozesses verwendet wird. Und schließlich ist der Hersteller im Vergleich zum manuellen Schweißen weniger von der Verfügbarkeit von Spezialschweißern abhängig, da Roboter rund um die Uhr fertigen können. Durch die Einbeziehung vorgefertigter Standardkomponenten in den WAAM-Prozess (d. h. Hybrid WAAM) wird jeder der oben beschriebenen Vorteile erhöht, indem die Vorlauf- und Fertigungszeit im Vergleich zum regulären WAAM reduziert wird.
Dem Konsortium gelang es, ein hohes Maß an Sicherheit für die WAAM-Klammer zu erreichen. BWI testete die Materialien und bestätigte, dass das gedruckte Material die wichtigsten Anforderungen von TEAM Industries für dieses Material erfüllt. Das MX3D M1 Metal AM System, die Anlage und die Verfahren wurden von Lloyd's Register qualifiziert.
Als Grund- und Druckmaterial wurde ASME IIA SA-516-70 verwendet, eine Stahlsorte, die häufig in der Chemie-, Öl- und Gasindustrie eingesetzt wird. Die Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften dieses Werkstoffs ergaben sich aus seinem häufigsten Anwendungsfall: Druckbehälter, die bei mittleren bis niedrigen Temperaturen arbeiten.
Die zerstörenden Prüfungen wurden nach ASTM A370 durchgeführt. Die Ergebnisse der zerstörenden Prüfungen bewiesen, dass das bedruckte Material selbst in der ungünstigsten Richtung ähnliche oder bessere mechanische Eigenschaften als das Grundmaterial aufweist und somit die ASME-Anforderungen erfüllt.
Das Projekt wurde vom EU-Programm Horizont 2020 im Rahmen des ersten Aufrufs für das TRINITY-Demonstrationsprogramm unterstützt. Der vollständige Name des Projekts lautet: Digital Technologies, Advanced Robotics and increased Cyber-security for Agile Production in Future European Manufacturing Ecosystems (Digitale Technologien, fortschrittliche Robotik und erhöhte Cybersicherheit für eine agile Produktion in zukünftigen europäischen Produktionsökosystemen), Akronym: TRINITY, EU Horizon Grant-Vertragsnummer: 825196.
