奧地利焊接專家Fronius推進3D打印壓力容器組件認證標準

2024年10月，南極熊獲悉，奧地利焊接專家Fronius International與Linde Engineering、MIGAL.CO和TÜV SÜD Industrie Service合作，對3D打印壓力容器組件進行認證。此項目是德國標準化協(xié)會(DIN)下屬一個工作組的一部分，主要目標是評估和改進增材制造技術(shù)在生產(chǎn)壓力設(shè)備中的應(yīng)用。特別關(guān)注的是，工作組測試了新草案標準prEN 13445-14對非加熱壓力容器部件的適用性。


△合格的壓力容器配有增材制造的支管和CE標簽，標志著3D打印技術(shù)在壓力容器制造領(lǐng)域的重大突破

Fronius 在全球擁有 8,000 多名員工，活躍于光伏、電池充電、焊接和金屬 3D 打印等多個領(lǐng)域。公司的冷金屬轉(zhuǎn)移 (CMT) 工藝是一種基于金屬絲的增材制造工藝利用焊接技術(shù)，將金屬絲電極熔化并逐層沉積以制造部件。CMT 結(jié)合了傳統(tǒng)焊接和 3D 打印的特點，可最大限度地減少高沉積率產(chǎn)生的熱量輸入，可以實現(xiàn)對焊縫高度和寬度的精確控制。  

合作伙伴的專業(yè)貢獻

每個合作伙伴都在項目中發(fā)揮了重要作用：

●Fronius International：提供冷金屬轉(zhuǎn)移(CMT)增材制造技術(shù)，這是一種基于金屬絲的3D打印工藝，結(jié)合了傳統(tǒng)焊接和3D打印的優(yōu)點，能夠最大限度地減少高沉積率產(chǎn)生的熱量輸入。

●Linde Engineering：負責(zé)材料鑒定和設(shè)計評審，確保3D打印部件符合歐洲壓力容器法規(guī)的安全和質(zhì)量要求。

●MIGAL.CO：專注于工藝驗證和組件測試，確保3D打印部件的可靠性和性能。

●TÜV SÜD Industrie Service：提供專業(yè)的認證服務(wù)，確保整個工藝鏈符合行業(yè)標準。

林德公司的Kati Schatz博士表示，3D打印標準涵蓋了滿足歐洲壓力容器法規(guī)所需的所有安全和質(zhì)量要求。盡管該文件仍需進一步修訂才能最終定稿，但Schatz認為它已經(jīng)為那些3D打印功能性壓力設(shè)備提供了有用的指南。

壓力容器部件采用了3D打印的管分支，焊接在傳統(tǒng)制造的基管上。選用鋁作為材料，鋁在低至-273°C的低溫下具有高強度和韌性。MIGAL.CO的CEO Robert Lahnsteiner指出，該項目使用的材料是可持續(xù)的，碳足跡較低，每公斤焊絲僅產(chǎn)生3.8公斤二氧化碳，不到國際平均水平的四分之一。


△CMT 增材制造構(gòu)建具有焊接層的管道分支。

在設(shè)計壓力容器組件時，團隊優(yōu)化了壓力容器基管到短管的過渡流動和拓撲結(jié)構(gòu)。他們確定了三種不同的壁厚：基管為8 mm，過渡段為14 mm，3D打印分支組件為5 mm。

先進的制造技術(shù)
為了確保3D打印過程的精確性和可靠性，項目團隊采用了先進的機器人焊接技術(shù)和Fronius的WireSense傳感器。這些傳感器可以掃描組件并進行實時調(diào)整，以確保準確性并最大限度地減少幾何偏差。Fronius的WeldCube焊接數(shù)據(jù)管理軟件則用于監(jiān)控AMPS中指定的參數(shù)限制，確保生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和一致性。


△層積和焊接順序的模擬


△壓力容器的有限元法模型 (FEM)

測試與認證
3D打印完成后，對單個測試件進行了無損檢測，包括視覺和尺寸測試、體積測試和表面檢查。還進行了破壞性測試，如化學(xué)分析、拉伸試驗和彎曲評估，以驗證機械強度和完整性。此外，還進行了水壓和爆裂評估，確保部件的可靠性和安全性。

最終，部件通過了所有測試、評估和最終檢驗，確認符合歐洲壓力設(shè)備指令2014/68/EU。Fronius的研發(fā)工程師Manfred Schörghube認為，認證流程為增加金屬3D打印在工廠和集裝箱建造中的應(yīng)用提供了“令人信服的理由”。

展望未來
除了3D打印壓力容器，國際標準化組織(ISO)還發(fā)布了多項新的增材制造標準，以確保3D打印技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用質(zhì)量和安全性。例如，ISO 5425:2023標準針對3D打印PLA長絲，確保其一致性和質(zhì)量控制；ISO/ASTM 52939:2023標準則適用于建筑3D打印，確保建筑應(yīng)用的質(zhì)量、安全和效率。未來，該團隊希望繼續(xù)推動3D打印技術(shù)在工廠和集裝箱建造等行業(yè)的應(yīng)用，展示其在滿足嚴格質(zhì)量和安全標準方面的潛力。