Quando un progetto richiede un recipiente a pressione che non è disponibile in nessun catalogo, le soluzioni tradizionali richiedono molto tempo. La realizzazione di un pezzo fuso o forgiato può richiedere da 6 a 18 mesi o più per essere completato e consegnato, mentre una forma unica raramente si adatta a una linea di produzione standard. La produzione additiva ad arco con filo (WAAM) offre un’alternativa. Un robot costruisce il recipiente strato dopo strato a partire da un filo metallico, con gli ugelli e i raccordi stampati nello stesso pezzo.
Ecco come MX3D realizza i recipienti a pressione su misura. La stampa richiede giorni anziché mesi e il recipiente rimane resistente, durevole e costruito secondo le stesse norme di pressione di uno convenzionale. Poiché la tecnologia WAAM funziona con la maggior parte dei metalli saldabili, possiamo anche adattare il materiale al vostro settore, come ad esempio l’ l'acciaio inossidabile, duplex e super duplex, alluminioe altre leghe. Per avviare il processo, ci basterebbe un file CAD. A quel punto, lo trasformiamo in un affidabile recipiente a pressione stampato in 3D, consegnato in tempi brevi.
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Quando un recipiente a pressione stampato in 3D è una scelta sensata?
Esistono diversi modi per realizzare un recipiente a pressione. La metodo di fabbricazione dei recipienti a pressione prevede la laminazione di una lamiera d’acciaio per formare un guscio, a cui vengono poi saldate le testate e le bocchette. Questo metodo funziona bene per i recipienti cilindrici standard. La forgiatura e la fusione sono adatte per componenti spessi, compatti o sottoposti a carichi elevati, ma comportano tempi di consegna lunghi. WAAM stampa il recipiente a pressione direttamente da un modello 3D.
La soluzione migliore dipende dalle dimensioni del contenitore, dal lotto, dalla complessità della forma e dalla scadenza prevista. La stampa 3D è l’opzione più indicata quando occorre realizzare rapidamente un contenitore di grandi dimensioni o complesso, sia come pezzo unico che in piccoli lotti. Tre fattori fanno la differenza:
| Vantaggio | Cosa significa per te |
| Più veloce | Il processo WAAM deposita da 2 a 8 kg di metallo all’ora e la stampa inizia non appena il progetto è pronto. Si evita così l’attesa per stampi, modelli e semilavorati forgiati. |
| Robusto e conforme alle norme | I nostri recipienti a pressione sono realizzati in conformità ai requisiti PED e ASME. |
| Forme complesse | Gli ugelli, i raccordi e i collegamenti speciali vengono stampati direttamente nel guscio. Ciò significa un minor numero di giunti saldati da realizzare e ispezionare. Le forme non standard non richiedono attrezzature speciali. |
Situazioni in cui WAAM fa la differenza
Oltre a questi vantaggi, alcuni progetti sono chiaramente adatti al modello WAAM:
- Contenitori singoli e piccoli lotti. La fusione e la forgiatura sono convenienti solo su serie, poiché occorre prima realizzare gli stampi. Senza il costo degli stampi, un singolo contenitore stampato rimane accessibile.
- Sostituzioni urgenti. Quando un serbatoio si guasta o raggiunge la fine del proprio ciclo di vita, ogni settimana di attesa comporta tempi di inattività. Se il fornitore originale non produce più il componente, lavoriamo sulla base del disegno originale o effettuiamo il reverse engineering del serbatoio esistente e ne stampiamo uno di ricambio.
- Leghe speciali. Le leghe duplex, super duplex e al nichel, in forma di lamiera o forgiate, possono avere tempi di consegna piuttosto lunghi. Il filo per saldatura è un materiale di consumo standard, quindi di solito è più facile da reperire.
- Progetti da verificare. Quando un progetto è nuovo, è possibile stampare un singolo contenitore, testarlo e modificarlo prima di procedere con un ordine più consistente.
Se il tuo progetto rientra in una di queste situazioni, vale la pena valutare il WAAM rispetto all’approccio tradizionale.
Standard, qualifiche e certificazioni
Per un recipiente a pressione, la normativa stabilisce le modalità di progettazione, costruzione e collaudo. Realizziamo i nostri recipienti a pressione nel nostro stabilimento in conformità con le seguenti certificazioni e norme di settore.
PED (2014/68/UE)
Il PED è la direttiva europea relativa alle attrezzature a pressione superiori a 0,5 bar. Essa classifica le attrezzature in quattro categorie, da I a IV, in base alla pressione massima, al volume e al tipo di fluido. Più alta è la categoria, più rigorosa è la valutazione di conformità. A partire dalla categoria II, interviene un organismo notificato, il cui ruolo diventa sempre più importante man mano che la categoria aumenta. L’attrezzatura riceve quindi la marcatura CE e una dichiarazione di conformità.
Il metallo stampato non è ancora contemplato dalle norme armonizzate sui materiali. Per un recipiente stampato, l’omologazione del materiale avviene quindi tramite una valutazione specifica del materiale (PMA). Per i recipienti delle categorie III e IV, tale valutazione viene effettuata dall’organismo notificato.
ASME VIII
La Sezione VIII del BPVC dell'ASME è il norma statunitense per la costruzione di recipienti a pressione. Stabilisce le norme relative alla progettazione, ai materiali, alla fabbricazione, all’ispezione e alle prove. La Divisione 1 è quella più ampiamente utilizzata.
ASME IX
La norma ASME IX disciplina la qualificazione delle procedure di saldatura. Il WAAM è un processo di saldatura ad arco, pertanto le nostre procedure di stampa sono qualificate in base a tale norma. Ogni procedura è descritta in una Specifica di Procedura di Saldatura (WPS) e verificata mediante provini, i cui risultati sono riportati in un Registro di Qualificazione della Procedura (PQR). Per il WAAM, i parametri di stampa fanno parte di questa procedura. Se un parametro chiave varia al di fuori dell’intervallo qualificato, la procedura deve essere nuovamente qualificata.
DNV AMC3
MX3D è la prima struttura WAAM certificata secondo la norma AMC3, la classe più alta prevista dalla DNV-ST-B203, lo standard DNV per i componenti metallici stampati in 3D. Lo standard classifica i componenti stampati in diverse classi in base alle conseguenze di un eventuale guasto del componente, e la classe AMC3 riguarda i componenti critici e sottoposti a carichi elevati. L’audit ha riguardato il nostro impianto, il nostro software MetalXL e le nostre procedure WAAM, comprese le prove meccaniche, la convalida dei materiali e il controllo qualità. Per voi, ciò significa che un componente stampato presso il nostro impianto di Amsterdam è accompagnato da una certificazione DNV.
Qualità e tracciabilità
Il nostro sistema di gestione della qualità è certificato ISO 9001 da DNV e il nostro stabilimento è in possesso della qualifica LRQA AM. Ogni prodotto è tracciabile, dal certificato dei materiali del filo ai dati di stampa di ogni singolo strato.
Vuoi sapere come funziona la certificazione di un componente stampato? Leggi È possibile certificare i pezzi WAAM?
Come testiamo i nostri recipienti a pressione
Controlliamo il contenitore durante la stampa, non solo al termine del processo.
Dati di processo MetalXL. MetalXL registra la temperatura tra una passata e l’altra, la velocità di avanzamento del filo, la corrente, la tensione e la posizione della torcia per ogni strato, e mappa questi dati sul modello 3D. Mostra dove la parete è più sottile o più spessa del previsto e fornisce un’indicazione della densità. Quando i dati mostrano una deviazione, regoliamo la stampa. La stessa mappa indica ai nostri ispettori esattamente dove guardare durante i controlli non distruttivi (NDT).
Prove non distruttive e prove di pressione. Prima della consegna, ogni serbatoio viene sottoposto a prove non distruttive: ispezione visiva, prove a ultrasuoni, radiografia o prove con liquidi penetranti, a seconda del materiale e della geometria. Successivamente viene sottoposto a prova di pressione. La normativa stabilisce la pressione di prova: secondo la PED, almeno 1,43 volte la pressione massima ammissibile; secondo la norma ASME VIII Divisione 1, 1,3 volte la pressione massima di esercizio ammissibile.
Prove distruttive, su richiesta. Per un nuovo progetto, possiamo realizzare un serbatoio di prova e sottoporlo a pressione fino a farlo scoppiare. In questo modo è possibile determinare a quale pressione il serbatoio cede e quale margine di sicurezza presenta rispetto alla pressione di progetto.
Dal file CAD al serbatoio collaudato: ecco cosa riceverete
In qualità di produttore di recipienti a pressione su misura, ci occupiamo di ogni fase del processo, dal vostro file CAD al recipiente collaudato corredato della relativa documentazione.
- Invia la tua richiesta. Invia il tuo file CAD, la categoria del materiale e, se del caso, i requisiti di certificazione.
- Fattibilità e preventivo. I nostri tecnici verificano la stampabilità, il materiale e il percorso del codice. Riceverete un preventivo e una data di consegna.
- Progettazione per la stampa. Adattiamo il modello per il WAAM e concordiamo il piano di prova con voi e, se necessario, con l'organismo notificato.
- Stampa. Da alcune ore a diversi giorni, a seconda delle dimensioni dell'imbarcazione.
- Post-lavorazione. Trattamento termico, fresatura e lavorazione meccanica di flange e attacchi e, se necessario, rivestimento, in collaborazione con partner certificati.
- Prove e ispezioni. Prova di pressione, controlli non distruttivi (NDT), prove meccaniche e controllo dimensionale.
- Documentazione e consegna. L'imbarcazione viene spedita con la documentazione completa (certificato dei materiali e fascicolo di produzione).
Quanto tempo ci vuole?
I tempi di consegna dipendono da tre fattori: la geometria, il materiale e il volume del contenitore. Un contenitore che abbiamo già stampato in precedenza è quello che richiede meno tempo, poiché la strategia di stampa è già pronta. Per una nuova geometria, disponiamo già di parametri collaudati per materiali comuni come l’acciaio inossidabile e l’alluminio. Il duplex, il super duplex e altre leghe richiedono più tempo. Maggiore è il volume, più lunga è la stampa.
| Geometria | Volume | Tempi di consegna |
| Geometria già stampata da MX3D | 0 – 0,5 m³ | 1–2 settimane |
| 0,5 – 1 m³ | 2–4 settimane | |
| 1 m³ e oltre | 4 o più settimane | |
| Nuova geometria in acciaio inossidabile o alluminio | 0 – 0,5 m³ | 2–4 settimane |
| 0,5 – 1 m³ | 4–6 settimane | |
| 1 m³ e oltre | 6 o più settimane | |
| Nuova geometria in duplex, super duplex o altra lega | 0 – 0,5 m³ | 4–6 settimane |
| 0,5 – 1 m³ | 6–8 settimane | |
| 1 m³ e oltre | 8 o più settimane |
Recipienti a pressione WAAM Li abbiamo marcati e testati
Il nostro recipiente a pressione in acciaio inossidabile su misura è stato stampato in ER316LSi in 47 ore, sul nostro sistema di produzione additiva per metalli M1. I raccordi e i tubi di collegamento sono stati stampati direttamente nel corpo del serbatoio, quindi non è stata necessaria alcuna saldatura aggiuntiva per fissarli. Il serbatoio in alluminio è stato realizzato con lo stesso procedimento utilizzando l’ER5183, una lega di grado marino. Ciò dimostra che la tecnologia WAAM è adatta anche a serbatoi a pressione di grandi dimensioni e leggeri.
Recipienti a pressione stampati con tecnologia WAAM da MX3D: materiale, dimensioni, peso e tempo di stampa
| Serbatoio in acciaio inossidabile | Contenitore in alluminio | |
| Materiale | Acciaio inossidabile ER316LSi | Alluminio ER5183 |
| Dimensioni | 409 × 409 × 625 mm | 790 × 790 × 1.050 mm |
| Peso | 61 kg | 52 kg |
| Tempo di stampa | 47 ore | 32 ore |
| Spessore della parete | 8 mm | 6 mm |
Prototipo per il cliente: un serbatoio per acqua in acciaio inossidabile per Fourinox
Fourinox aveva bisogno di un serbatoio a pressione per contenere acqua e ci ha chiesto se fosse possibile realizzarlo con la stampa 3D. Per rispondere a questa domanda, abbiamo iniziato con un piccolo prototipo. Abbiamo stampato il serbatoio in acciaio inossidabile 316L: un corpo cilindrico con estremità a cupola e un raccordo flangiato, lungo circa 450 mm e con un diametro di 150 mm. Lo abbiamo poi inviato a Fourinox, che ha effettuato i propri test sul prototipo. L’azienda si è dichiarata soddisfatta dei risultati e il prototipo ha segnato l’inizio della nostra collaborazione.
Domande frequenti sui recipienti a pressione su misura
Che cos’è un recipiente a pressione?
Un recipiente a pressione è un contenitore chiuso che contiene un gas o un liquido a una pressione diversa da quella dell'aria circostante. Reattori, separatori, serbatoi d'aria e involucri di scambiatori di calore ne sono esempi comuni. Poiché un guasto può essere pericoloso, ogni recipiente a pressione viene progettato, costruito e collaudato in conformità a una normativa quali la PED o l'ASME VIII.
Come vengono realizzati i recipienti a pressione?
Nella produzione convenzionale produzione di recipienti a pressione, la lamiera d’acciaio viene laminata per formare il corpo del recipiente, vengono sagomate le testate e vengono saldati i raccordi. Una recipiente a pressione realizzato con produzione additiva viene stampato strato dopo strato a partire da un filo metallico come materia prima, bocchelli inclusi. In entrambi i casi, il recipiente viene poi lavorato, ispezionato e sottoposto a prova di pressione.
Di cosa sono fatti i recipienti a pressione?
La maggior parte è realizzata in acciaio al carbonio o in acciaio inossidabile. Per impieghi in ambienti corrosivi, criogenici o ad alta temperatura si utilizzano leghe duplex, super duplex, di alluminio e di nichel. Per un recipiente a pressione in acciaio su misura, la scelta dipende dal fluido, dalla temperatura e dalla pressione. La nostra guida alla scelta dei materiali WAAM vi aiuta a scegliere.
Che cos’è un recipiente a pressione ASME?
Un recipiente a pressione ASME viene progettato, costruito e ispezionato in conformità alla Sezione VIII dell’ASME BPVC, la principale normativa statunitense in materia di recipienti a pressione. Un ispettore autorizzato verifica il lavoro e il recipiente riceve il marchio ASME. Anche molti acquirenti al di fuori degli Stati Uniti lo richiedono, soprattutto nel settore petrolifero e del gas.
Come si saldano i recipienti a pressione?
I recipienti a pressione vengono saldati da saldatori qualificati, secondo una procedura collaudata in conformità alla norma ASME IX o EN ISO 15614. Ogni saldatura viene poi controllata mediante prove non distruttive (NDT). Nella fabbricazione di recipienti a pressione in acciaio inossidabile, i gradi a basso tenore di carbonio come il 316L (acciaio inossidabile) limitano la corrosione in corrispondenza delle saldature. La saldatura WAAM è essa stessa una saldatura ad arco, pertanto segue le stesse regole di qualificazione.
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