奧地利焊接專家Fronius推進(jìn)3D打印壓力容器組件認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)

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(duì)3D打印壓力容器組件進(jìn)行認(rèn)證。此項(xiàng)目是德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(DIN)下屬一個(gè)工作組的一部分，主要目標(biāo)是評(píng)估和改進(jìn)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(cè)試了新草案標(biāo)準(zhǔn)prEN 13445-14對(duì)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(biāo)簽，標(biāo)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(gè)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?yán)�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(diǎn)，可最大限度地減少高沉積率產(chǎn)生的熱量輸入，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫高度和寬度的精確控制。  

合作伙伴的專業(yè)貢獻(xiàn)

每個(gè)合作伙伴都在項(xiàng)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(diǎn)，能夠最大限度地減少高沉積率產(chǎn)生的熱量輸入。

●Linde Engineering：負(fù)責(zé)材料鑒定和設(shè)計(jì)評(píng)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(yàn)證和組件測(cè)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(rèn)證服務(wù)，確保整個(gè)工藝鏈符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

林德公司的Kati Schatz博士表示，3D打印標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)一步修訂才能最終定稿，但Schatz認(rèn)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(qiáng)度和韌性。MIGAL.CO的CEO Robert Lahnsteiner指出，該項(xiàng)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(guó)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(jì)壓力容器組件時(shí)，團(tuán)隊(duì)優(yōu)化了壓力容器基管到短管的過渡流動(dòng)和拓?fù)浣Y(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(jìn)的制造技術(shù)
為了確保3D打印過程的精確性和可靠性，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)采用了先進(jìn)的機(jī)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(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，以確保準(zhǔn)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(cè)試與認(rèn)證
3D打印完成后，對(duì)單個(gè)測(cè)試件進(jìn)行了無損檢測(cè)，包括視覺和尺寸測(cè)試、體積測(cè)試和表面檢查。還進(jìn)行了破壞性測(cè)試，如化學(xué)分析、拉伸試驗(yàn)和彎曲評(píng)估，以驗(yàn)證機(jī)械強(qiáng)度和完整性。此外，還進(jìn)行了水壓和爆裂評(píng)估，確保部件的可靠性和安全性。

最終，部件通過了所有測(cè)試、評(píng)估和最終檢驗(yàn)，確認(rèn)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(rèn)為，認(rèn)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)還發(fā)布了多項(xiàng)新的增材制造標(biāo)準(zhǔn)，以確保3D打印技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用質(zhì)量和安全性。例如，ISO 5425:2023標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)3D打印PLA長(zhǎng)絲，確保其一致性和質(zhì)量控制；ISO/ASTM 52939:2023標(biāo)準(zhǔn)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(tuán)隊(duì)希望繼續(xù)推動(dòng)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(yán)格質(zhì)量和安全標(biāo)準(zhǔn)方面的潛力。