De olie- en gasindustrie is actief in een van de zwaarste industriële omgevingen ter wereld. In het verleden hebben lange levertijden voor verouderde reserveonderdelen, de complexe geometrieën die nodig zijn voor zeer efficiënte stromingscomponenten en strenge certificeringseisen de toepassing van 3D-printen sterk beperkt. Robotgestuurde Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) en andere volwassen additieve fabricageprocessen voor metaal zorgen er echter voor dat dit landschap snel verandert.
In deze gids wordt onderzocht wat er voor de olie- en gasindustrie in 3D kan worden geprint, welke materialen daarvoor geschikt zijn en welke certificeringen van cruciaal belang zijn, op welke punten additive manufacturing beter presteert dan traditionele methoden, en hoe exploitanten de technologie momenteel toepassen. MX3D speelt een directe rol in additive manufacturing van metaal voor energietoepassingen, waarbij onze systemen actief gecertificeerde, zwaar uitgevoerde componenten leveren voor veeleisende energie-ecosystemen, waaronder toonaangevende nucleaire projecten met Framatome en EDF.
Waarom de olie- en gassector additive manufacturing omarmt
De zakelijke argumenten voor de invoering van additive manufacturing in deze sector worden bepaald door drie belangrijke factoren:
Doorlooptijd: Traditioneel gieten en smeden van verouderde reserveonderdelen kan 6 tot 18 maanden duren. Daarentegen kan robotgestuurde WAAM vergelijkbare constructiedelen binnen enkele dagen tot weken produceren. Bekijk onze WAAM-gids.
Voorraadkosten: Exploitanten worden vaak gedwongen om enorme, dure voorraden van zelden gebruikte reserveonderdelen aan te houden om stilstand te beperken. Additive manufacturing op aanvraag maakt digitale voorraden mogelijk, waardoor er geen behoefte meer is aan enorme magazijnen met ongebruikte fysieke onderdelen.
Geometrie: Moderne stromingsbanen en topologisch geoptimaliseerde componenten zijn steeds moeilijker, of zelfs fysiek onmogelijk, te vervaardigen met traditionele gietmethoden.
Olie- en gasonderdelen die met een 3D-printer kunnen worden vervaardigd
Er kan een breed scala aan onderdelen voor de olie- en gasindustrie in 3D worden geprint, met name onderdelen waarvoor grootschalige, gespecialiseerde materialen of complexe interne geometrieën nodig zijn. Tot de meest voorkomende toepassingen behoren grote kleppen en verdeelstukken, waaiers, onderwaterconstructiefittingen, onderdelen voor drukvaten en vervangingsonderdelen voor oudere systemen die zonder gereedschap kunnen worden vervaardigd.
| Componentcategorie | Standaardproces | Waarom AM de juiste keuze is |
| Grote kleppen en verdeelstukken | WAAM | Afmetingen, interne geometrie, levertijd |
| Waaierbladen en turbineonderdelen | WAAM, PBF | Topologie-optimalisatie, speciale legeringen |
| Onderwaterconstructie-onderdelen | WAAM | Afmetingen, gecertificeerde legeringen |
| Onderdelen voor drukvaten | WAAM | Afmetingen, conformiteit met ASME |
| Warmtewisselaars | PBF, BJT | Ingewikkelde interne kanalen |
| Boorgatgereedschap | PBF, WAAM | Slijtvaste legeringen, geometrie |
| Reserveonderdelen voor oudere apparatuur | WAAM | Reproductie zonder gereedschap |
| Reparatiefittingen en klemmen voor pijpleidingen | WAAM, koudspuiten | Productie ter plaatse of snelle productie |
Grote kleppen en verdeelstukken
Deze onderdelen zijn van cruciaal belang voor de stromingsregeling en vereisen vaak een aanzienlijke fysieke ruimte en complexe interne kanalen. WAAM is bij uitstek geschikt om deze te printen dankzij de grote bouwruimte en hoge afzettingssnelheden.
Waaierbladen en turbineonderdelen
Roterende onderdelen profiteren in hoge mate van topologie-optimalisatie om de stromingsdynamica te maximaliseren. Zowel WAAM (voor grootschalige toepassingen) als Powder Bed Fusion (PBF) (voor fijne details) stellen ingenieurs in staat om geavanceerde, hoogwaardige legeringen te gebruiken.
Onderwaterconstructie-onderdelen
Voor gebruik onder extreme druk en in corrosieve omstandigheden zijn robuuste materialen nodig. WAAM wordt hier ingezet omdat het gecertificeerde legeringen van maritieme kwaliteit kan verwerken op de grote schaal die vereist is voor onderzeese constructies.
Onderdelen voor drukvaten
Voor de productie van dikwandige drukvaten is traditioneel veel smeedwerk nodig. WAAM biedt een sneller alternatief dat kan worden gekeurd volgens de strenge ASME-normen voor ketels en drukvaten.
Warmtewisselaars
Warmtewisselaars vereisen een enorm oppervlak en complexe interne microkanalen om de warmteoverdracht te maximaliseren. PBF en Binder Jetting (BJT) zijn hiervoor de voorkeursmethoden vanwege hun hoge resolutie.
Boorgatgereedschap
Gereedschappen die bij het boren en afwerken worden gebruikt, worden blootgesteld aan extreme slijtage. Met behulp van additive manufacturing kunnen slijtvaste legeringen nauwkeurig worden aangebracht en kunnen gespecialiseerde geometrieën worden gecreëerd die zijn afgestemd op specifieke omstandigheden in de boorput.
Reserveonderdelen voor oudere apparatuur
Wanneer de originele mallen of gereedschappen niet meer beschikbaar zijn, is het via WAAM uitvoeren van reverse engineering en het 3D-printen van een vervangend onderdeel aanzienlijk sneller en goedkoper dan het opnieuw inrichten van een traditionele gieterij.
Reparatiefittingen en klemmen voor leidingen
Een snelle reactie is van cruciaal belang voor de integriteit van pijpleidingen. Met processen zoals WAAM en koudspuiten kunnen op maat gemaakte reparatiemuffen snel en op verzoek worden vervaardigd om specifieke defecten te verhelpen.
Materialen voor additive manufacturing in de olie- en gasindustrie
| Materiaal | Algemeen gebruik | Proces | Certificeringen |
| Superduplex roestvast staal (2507) | Onderwater, zuur gas | WAAM | NORSOK, NACE MR0175 |
| Duplex roestvast staal (2205) | Verdeelstukken, leidingen | WAAM | NORSOK |
| Inconel 625 / 718 / 825 | Hoge temperatuur, corrosief | WAAM, PBF | API, ASME |
| Koolstofstaal en laaggelegeerd staal | Structureel, niet-kritiek | WAAM | ASME, EN |
| 316L roestvrij staal | Algemene vloeistofverwerking | WAAM, PBF | ASME, NORSOK |
| Titaniumlegeringen | Gewichtskritische onderwatertoepassingen | PBF, WAAM | ASTM F2924 |
Superduplex roestvast staal, zoals de 2507-kwaliteit, is een van de belangrijkste materialen van WAAM in de olie- en gassector. Het biedt uitzonderlijke sterkte en weerstand tegen put- en spleetcorrosie, waardoor het onmisbaar is in veel veeleisende onderwater- en zure omgevingen. U kunt de specifieke materiaaleigenschappen bekijken op onze Super Duplex voor WAAM en WAAM-materialen .
Certificering en normen voor 3D-geprinte onderdelen voor de olie- en gasindustrie
Certificering vormt de belangrijkste toegangsdrempel in de olie- en gassector. Om te kunnen worden ingezet, moeten onderdelen voldoen aan strenge, vastgestelde industrienormen.
API 6A en API 17D: Betreft boorput- en onderwatercomponenten.
ASME BPVC Sectie IX en ASME B31.3: Betreft drukvaten en procesleidingen.
NORSOK M-650 en M-630: De cruciale Noorse offshore-normen.
DNV-OS-F101 en DNV-RP-A203: Normen voor pijpleidingen en specifieke kwalificatie voor additive manufacturing.
NACE MR0175 / ISO 15156: Eisen voor materialen die worden gebruikt in omgevingen met waterstofsulfide (sour service).
MX3D ondersteunt certificeringstrajecten actief en beschikt over Lloyd’s Register-typegoedkeuring voor WAAM.
Lees meer over hoe de sector hiermee omgaat in onze gids: Kunnen WAAM-onderdelen worden gecertificeerd?. Het kwalificatieproces omvat doorgaans het opstellen van Procedure Qualification Records (PQR), het uitvoeren van kwalificaties van productieonderdelen, het gebruik van niet-destructief onderzoek (NDT) zoals ultrasone of radiografische tests, en het uitvoeren van strenge mechanische tests.
WAAM versus andere AM-processen voor de olie- en gasindustrie
| Factor | WAAM | Poederbedfusie | Gieten (traditioneel) |
| Maximale afmetingen van het onderdeel | 6 maanden en ouder | ~500 mm | Foundry Limited |
| Materiaalkosten | Laag (draad) | Hoog (poeder) | Laag |
| Levertijd | Dagen tot weken | Dagen tot weken | Maanden |
| Materiaalassortiment voor de olie- en gasindustrie | Breed (dubbelwandig, Inconel, koolstofstaal) | Breed (Inconel, titanium, 316L) | Breed |
| Certificering voor drukbestendigheid | Mogelijk (DNV, ASME) | Volwassen (lucht- en ruimtevaart, minder in de olie- en gasindustrie) | Standaard |
| Het meest geschikt voor | Grote constructiedelen, kleppen en verdeelstukken | Kleine, nauwkeurige interne kanalen | Veelgebruikte verouderde onderdelen |
Bij het vergelijken van WAAM versus gieten en smeden, domineert WAAM de afmetingen en materiaalkosten die het belangrijkst zijn voor de zware industrie. Standaard lasdraad is aanzienlijk goedkoper dan verstoven poeders. Terwijl PBF uitstekend geschikt is voor kleine, uiterst nauwkeurige componenten met interne kanalen, is WAAM de duidelijke keuze voor de enorme schaal die vereist is voor de meeste structurele toepassingen in de olie- en gasindustrie. Lees voor een breder perspectief ons overzicht van additive manufacturing van metaal.
Praktijktoepassingen en praktijkvoorbeelden
De sector gaat nu de fase van theoretisch onderzoek achter zich en richt zich op de praktische toepassing. Grote exploitanten en consortia nemen het voortouw bij de kwalificatieprocedures:
Equinor en Shell: Deze exploitanten hebben deelgenomen aan uitgebreide gezamenlijke sectorprojecten en consortia om gestandaardiseerde kwalificatierichtlijnen te ontwikkelen voor additive manufacturing in offshore-omgevingen.
Vallourec: Het bedrijf heeft openbaar gemeld dat het onderzeese bouten en complexe structurele componenten produceert met behulp van WAAM.
Framatome en EDF: Hoewel MX3D actief is in de aanverwante nucleaire sector, toont de samenwerking voor de productie van een gecertificeerde WAAM-waaier de volwassenheid en traceerbaarheid van onze M1-systemen voor kritieke energie-ecosystemen aan.
Aan de slag met 3D-printen voor de olie- en gassector
De invoering van additive manufacturing vereist een strategische aanpak:
Bepaal welke onderdelen het grootste effect hebben: Richt u in eerste instantie op verouderde reserveonderdelen met een lange levertijd, hoge kosten en een laag volume. Deze bieden het gemakkelijkste en snelste rendement op de investering.
Betrek certificeringsinstanties al in een vroeg stadium bij het proces: Wacht niet tot het onderdeel is geprint. Betrek classificatiebureaus zoals DNV, Lloyd’s Register of ABS al in de ontwerpfase bij het proces.
Kies het juiste proces: Maak gebruik van het bovenstaande vergelijkingskader. Gebruik WAAM voor grootschalige structurele onderdelen en PBF voor fijne details.
Overweeg de keuze tussen onderdelen op aanvraag of uit eigen voorraad: Beslis of u onderdelen wilt aanschaffen via een print-on-demand service om de technologie te valideren, of de capaciteit in-house te brengen. De M1-systemen van MX3D kunnen direct op de locaties van de gebruikers worden ingezet. Bekijk de prijzen van WAAM-machines voor meer informatie.
Wanneer 3D-printen goedkoper is dan gieten of smeden voor de olie- en gasindustrie
De economische aspecten van additive manufacturing in de olie- en gassector hangen sterk af van het productievolume, de beschikbaarheid van gereedschappen, de complexiteit van de onderdelen en de kosten van stilstand. Voor gestandaardiseerde onderdelen die in grote hoeveelheden worden geproduceerd, blijven traditioneel gieten en smeden vaak de meest economische opties. Voor reserveonderdelen die in kleine hoeveelheden worden geproduceerd, een hoge waarde hebben of niet meer leverbaar zijn, kan additive manufacturing met metaal echter aanzienlijk lagere totale eigendomskosten opleveren.
Dit geldt met name wanneer de originele matrijzen niet meer beschikbaar zijn, wanneer er onvoldoende gekwalificeerde gieterijcapaciteit is, of wanneer stilstandtijd de belangrijkste kostenfactor is. In dergelijke situaties kan WAAM de kosten voor modellen en matrijzen elimineren, materiaalverspilling verminderen door middel van near-net-shape-productie en de levertijden terugbrengen van maanden tot weken.
Welke reserveonderdelen voor de olie- en gassector komen in aanmerking voor WAAM?
Niet elk onderdeel is geschikt voor additive manufacturing met draadboog. De meest geschikte toepassingen zijn doorgaans grootformaat metalen onderdelen waarbij factoren als doorlooptijd, moeilijkheden bij de inkoop of verouderde toeleveringsketens meer waarde opleveren dan uit een eenvoudige vergelijking van de stukprijs alleen kan blijken.
Goede kandidaten hebben vaak een aantal kenmerken gemeen: het gaat om artikelen met een lange doorlooptijd, die in kleine hoeveelheden nodig zijn, waarvan de conventionele productie hoge gereedschapskosten met zich meebrengt, of die niet langer door de oorspronkelijke fabrikant worden geleverd. Daarnaast kan er behoefte zijn aan grote bouwvolumes, gecertificeerde corrosiebestendige legeringen of productie volgens het near-net-shape-principe om afval bij het bewerken van massieve knuppels te verminderen.
Voorbeelden van geprinte onderdelen zijn onder meer grote klephuizen, verdeelstukken, onderwaterfittingen, structurele steunen, drukbehoudende componenten en verouderde reserveonderdelen waarvoor geen vervangende gereedschappen beschikbaar zijn. In de praktijk zijn de meest geschikte kandidaten onderdelen waarbij additive manufacturing niet alleen de productiekosten verlaagt, maar ook de beschikbaarheid en veerkracht verbetert.
Standaard kwalificatieproces voor een gecertificeerd WAAM-onderdeel
Een typische werkstroom begint met een beoordeling van het onderdeel om na te gaan of het technisch en economisch geschikt is. Vervolgens worden het materiaal en het additieve productieproces gekozen op basis van de bedrijfsomstandigheden, de afmetingen, de corrosie-eisen en het certificeringstraject. Daarna wordt het ontwerp beoordeeld op produceerbaarheid, waarbij onder meer wordt gekeken naar de afzettingsstrategie, de bewerkingsspeling, de toegankelijkheid voor inspectie en de vereisten voor de nabewerking.
Vervolgens volgt de procedurekwalificatie, inclusief representatieve proefstukken, getuigencoupons en, indien nodig, het opstellen van procedurekwalificatierapporten. Mechanische tests, metallografische validatie en niet-destructief onderzoek worden vervolgens gebruikt om te bevestigen dat het aangebrachte materiaal aan de specificatie voldoet. Na het printen wordt het onderdeel doorgaans spanningsvrij gemaakt, bewerkt tot de uiteindelijke tolerantie en onderworpen aan een maatinspectie en een laatste kwaliteitscontrole.
Voor onder druk staande of veiligheidskritische onderdelen zijn documentatie en traceerbaarheid net zo belangrijk als het onderdeel zelf. Een volledig kwalificatiepakket kan bestaan uit procesverslagen, materiaalcertificaten, testresultaten, inspectierapporten en goedkeuringsdocumentatie van de eindgebruiker.
Vereisten voor nabewerking en inspectie
In de olie- en gasindustrie is een geprint onderdeel zelden een afgewerkt onderdeel. De nabewerking vormt een cruciaal onderdeel van het productieproces en bepaalt vaak of een onderdeel kan voldoen aan de uiteindelijke mechanische, maat- en certificeringseisen.
Afhankelijk van de toepassing kan de nabewerking bestaan uit spanningsvermindering, warmtebehandeling, nabewerking, oppervlaktevoorbereiding en maatcontrole. Kritische verbindingspunten, zoals afdichtingsvlakken, boringen, flenzen en schroefdraad, worden doorgaans na het aanbrengen tot de definitieve maat bewerkt. Bij corrosiegevoelige toepassingen kan aanvullende controle nodig zijn om de microstructuur en de materiaalprestaties te verifiëren.
De inspectie-eisen zijn al even belangrijk. Deze kunnen bestaan uit ultrasoon onderzoek, röntgenonderzoek, penetrantonderzoek, hardheidsmetingen, trektests, slagproeven, corrosietests en een volledige traceerbaarheidscontrole. De precieze aanpak hangt af van de functie van het onderdeel, de classificatie volgens de normen en de gebruiksomgeving, maar het kernprincipe blijft hetzelfde: additive manufacturing moet worden gekwalificeerd als een volledig industrieel proces, en niet alleen als een afdrukstap.
Wanneer additive manufacturing niet de beste keuze is
Hoewel additive manufacturing grote kansen biedt in de olie- en gassector, is het niet voor elk onderdeel de juiste oplossing. Voor standaardonderdelen die in grote hoeveelheden worden geproduceerd, eenvoudige geometrieën of onderdelen waarvoor geavanceerde en direct beschikbare conventionele toeleveringsketens bestaan, kunnen gieten, smeden of de bewerking van knuppels voordeliger en eenvoudiger te valideren blijven. Zelfs als WAAM in sommige gevallen misschien niet de beste keuze is, kunt u onze officiële vergelijking om te zien waar het de beste en meest efficiënte oplossing is en om meer te weten te komen.
Ook kan het zijn dat voor sommige onderdelen een bepaalde oppervlakteafwerking, detailweergave aan de binnenkant of productiedoorvoer vereist is die beter tot zijn recht komt bij andere productiemethoden. In bepaalde gevallen kunnen de lasten van de nabewerking en kwalificatie zwaarder wegen dan de voordelen van additive manufacturing, met name wanneer de doorlooptijden al kort zijn of het onderdeel slechts een beperkt strategisch belang heeft.
De meest succesvolle additive-programma’s beginnen met een zorgvuldige selectie van onderdelen. In plaats van te proberen conventionele productie op grote schaal te vervangen, halen bedrijven doorgaans de meeste waarde uit het programma door zich te richten op die specifieke groep onderdelen waarbij leveringsrisico’s, complexiteit en de impact op de bedrijfsvoering een andere productiemethode rechtvaardigen.
Reparatie, revisie en levensduurverlenging
Naast onderdelen voor nieuwbouw biedt additive manufacturing ook mogelijkheden voor reparatie, revisie en het verlengen van de levensduur van hoogwaardige activa. In de olie- en gassector is dit met name van belang voor onderdelen die onderhevig zijn aan slijtage, corrosie of plaatselijke schade, waarbij het vervangen van het volledige onderdeel aanzienlijk duurder kan zijn dan het herstellen van het beschadigde gedeelte.
WAAM en aanverwante depositietechnieken kunnen worden ingezet om oppervlakken te herstellen, de geometrie te herstellen of kenmerken toe te voegen aan bestaande onderdelen, voordat deze definitief worden bewerkt en geïnspecteerd. Dit kan het materiaalverbruik verminderen, de doorlooptijden verkorten en waardevolle onderdelen redden die anders zouden worden afgedankt.
Voor exploitanten die te maken hebben met verouderde infrastructuur kunnen op robotgestuurde WAAM-reparaties gebaseerde additieve strategieën een belangrijke aanvulling vormen op de productie van reserveonderdelen, met name wanneer de toeleveringsketens voor vervangende onderdelen beperkt zijn of wanneer de veroudering van onderdelen een steeds groter probleem vormt.
Digitale voorraadbeheer en productie van reserveonderdelen op aanvraag
Een van de meest veelbelovende toepassingen van additive manufacturing in de olie- en gassector is de overgang van fysieke voorraad naar een gevalideerde digitale voorraad. In plaats van grote hoeveelheden zelden gebruikte reserveonderdelen op te slaan, kunnen exploitanten kritieke onderdelen identificeren, het productieproces vooraf valideren en goedgekeurde ontwerp- en productiegegevens bijhouden voor productie op aanvraag.
Dit model is met name waardevol voor verouderde apparatuur, apparatuur op afgelegen locaties en onderdelen met een lage omloopsnelheid, waarvan de opslag hoge kosten met zich meebrengt, maar waarvan het ontbreken operationele risico’s met zich meebrengt. Een digitale voorraadstrategie omvat doorgaans het vastleggen van geometrie of het opvragen van tekeningen, technische beoordeling, materiaal- en proceskeuze, kwalificatieplanning en gecontroleerde documentatie van het goedgekeurde onderdeel.
In combinatie met een gekwalificeerde productiepartner of eigen additive manufacturing-capaciteit kan digitale voorraadbeheer de beschikbaarheid van reserveonderdelen aanzienlijk verbeteren en tegelijkertijd de opslagkosten, de complexiteit van de inkoop en de afhankelijkheid van kwetsbare wereldwijde toeleveringsketens verminderen.
Hoe MX3D klanten in de olie- en gassector ondersteunt
Voor een succesvolle implementatie van additive manufacturing is meer nodig dan alleen toegang tot een machine. Er is een gestructureerd traject nodig, van het identificeren van onderdelen tot kwalificatie en productie. MX3D ondersteunt klanten in de olie- en gassector gedurende het hele proces, van de eerste haalbaarheidsbeoordeling tot de industriële implementatie.
Dit kan onder meer bestaan uit het identificeren van geschikte componenten, het selecteren van het juiste materiaal en proces, het ondersteunen van de certificeringsplanning, het produceren van gekwalificeerde onderdelen en het opzetten van productiecapaciteit ter plaatse of in de regio met MX3D-systemen. Voor organisaties die additive manufacturing strategisch evalueren, maakt dit het mogelijk om te beginnen met gerichte toepassingen en tegelijkertijd te werken aan een grotere veerkracht van de toeleveringsketen en meer productieflexibiliteit.
Veelgestelde vragen
Hoe wordt 3D-printen toegepast in de olie- en gasindustrie?
Het wordt gebruikt om kritieke onderdelen met een lange doorlooptijd snel te vervaardigen, de noodzaak van enorme fysieke voorraden reserveonderdelen te verminderen en complexe geometrieën te creëren, zoals topologisch geoptimaliseerde waaiers, die met traditionele giettechnieken onmogelijk te produceren zijn.
Welke onderdelen voor de olie- en gasindustrie kunnen met een 3D-printer worden vervaardigd?
Er kan een breed scala aan onderdelen worden geprint, waaronder grote kleppen, verdeelstukken, waaiers, onderwaterconstructieonderdelen, onderdelen voor drukvaten, boorgatgereedschap en vervangingsonderdelen voor oudere apparatuur die zonder gereedschap kunnen worden gemonteerd.
Zijn 3D-geprinte onderdelen voor de olie- en gasindustrie gecertificeerd?
Ja, onderdelen kunnen worden gecertificeerd en worden dat ook. Ze moeten voldoen aan strenge normen, zoals API 6A, ASME BPVC, NORSOK M-650 en DNV-RP-A203, en worden vóór ingebruikname onderworpen aan strenge mechanische tests en niet-destructief onderzoek.
Welke materialen kan WAAM voor de olie- en gasindustrie printen?
WAAM produceert met succes materialen die essentieel zijn voor veeleisende omgevingen, waaronder superduplex roestvast staal (2507), duplex roestvast staal (2205), diverse Inconel-kwaliteiten (625, 718, 825), 316L roestvast staal en koolstofstaal.
Is 3D-printen goedkoper dan gieten voor reserveonderdelen in de olie- en gasindustrie?
Voor reserveonderdelen die in kleine hoeveelheden worden geproduceerd, complex zijn of uit het verleden stammen en waarvoor de originele mallen niet meer bestaan, is 3D-printen aanzienlijk goedkoper en sneller dan het dragen van de kosten en het wachten op de doorlooptijd die gepaard gaan met het ombouwen van een traditionele gieterij.
