Velo3D 有助于为石油和天然气行业的工业增材制造奠定基础

摘自metal-am，Gordon翻译

两个节流阀，在 Velo3D 的 Sapphire 机器上增材制造，并使用 IMI Critical 的 DRAG 技术进行了优化（由 Velo3D 提供）

美国加利福尼亚州坎贝尔市的 Velo3D, Inc 一直为 IMI Critical 提供先进的增材制造技术，该公司为新的石油和天然气工厂设计、制造和安装定制的、高度工程化的流量控制解决方案，并提供全面的工厂生命周期服务支持。

通过与一家主要的油气运营商（也是 API 委员会成员）合作，IMI Critical 现已交付了最高关键性（增材制造规范级别 3；AMSL 3），用于现场服务的首件组件构建。这些零件是在由合约制造商 Knust-Godwin 运营的 Velo3D Sapphire AM 机器上增材制造的。

这些部件还符合 API20S 规范要求，据说这是第一个油气行业认可的金属 AM 规范。目前正在投票中，这将阐明用于所有类型油气设施的金属 AM 组件制造商的流程、测试、文档和可追溯性等要求。

API20S 草案正在由数百家公司（从运营商到 OEM 再到 AM 机器制造商）的意见起草，目前已进入最后阶段。虽然没有详细说明完整的成功标准（即所需的机械或无损检测验收标准），但 API20S 确实概述了根据油气作业中的不同风险级别需要进行哪些类型的测试和验证。

在提议采用上述标准的帮助下，石油和天然气运营商越来越愿意考虑将金属增材制造作为行业传统问题的潜在解决方案 - 即快速可靠地制造用于偏远地区的关键部件.不出所料，随着行业 OEM 与运营商客户一起发展，他们也在寻求 AM，以实现更高效、更具成本效益的解决方案，以解决持续的库存和地理障碍。

IMI Critical 的研发总监 Steve Freitas 表示，该公司是热情欢迎这些准则的公司之一，因为它在几年前就开始研究用于阀门增材制造的不同系统，并且直到最近才确定了适合其需求的先进 AM 技术。选择 Velo3D 来满足这些需求的公司是基于其机器的关键特性——即自动化预构建系统校准和现场质量监控和报告，许多 API20S 目标都基于这些能力。该联合项目的长期目标是建立一个现场测量数据纲要，旨在支持 AM 生产部件认证的路径，以及未来建立更精确的材料特性和测试方法规范.

对于团队项目，O&G 操作员选择了一个常用的节流阀笼。该部件制造时带有用于端口的简单槽孔，由于高压降操作中的阀芯腐蚀，这些槽孔可能会出现振动和损坏问题。

从创建这个遗留部件到今天，流量控制行业已经发生了很大的变化。其发展的一个步骤是 IMI Critical 的技术 DRAG®，它由一系列离散的多级流路组成，可以更好地控制流体速度并防止振动和修剪侵蚀问题。多年来一直生产金属 AM 组件的 IMI Critical 看到了一个商机，不仅可以按需更换零件，还可以通过 DRAG 提高其性能。该项目的下一步是评估基于 Inconel 718 的 AM 新设计。

Freitas 说：“Velo3D 对我们的笼罩设计的早期审查就如何提高竣工 AM 零件和最终的后处理加工零件的质量提出了宝贵的建议。”

准备

随着零件的 CAD 设计完成，现在是转向增材制造的时候了。Velo3D 的 Flow 制造准备软件会自动响应零件的几何形状，而无需开发任何复杂的零件特定参数。Flow 通过应用一组基于设计的原生 CAD 几何图形和用户定义的与重要表面相关的输入的通用配方来实现这一点。这允许设计工程师首先专注于他们所需的最终部件功能，而无需进行复杂的预构建参数操作。

设计人员还可以使用该软件应用和测试不同的表面精炼子工艺，以选择最佳的一种。这不仅导致快速过渡到项目的第一篇文章部分，而且还创建了一个标准化框架，据说可以进一步简化未来构建的设置，以满足 IMI Critical 的特定表面光洁度和流动特性要求。

“Flow 大大减少了从 CAD 到打印文件的初始设置时间，”Velo3D 能源解决方案总监 Zach Walton 表示，他与 IMI Critical 密切合作该项目。“这为设计和制造工程师提供了更轻松、更有效地实施金属 AM 打印的能力。同时，我们的系统能够在任何 Velo Sapphire 机器上打印相同的构建文件，无论它位于世界何处或由谁操作，这对 O&G 运营商的数字库存和直接更换零件的愿景非常有吸引力。”

任何地方的质量控制和再现性

在项目期间考虑到 API20S 要求，Velo3D 的内部质量控制软件 Assure 提供的自动化非常有益。

Walton 说：“在构建之前一键校准后，Assure 会逐层编译该数据以及在构建过程中收集的大量信息，然后自动生成包含重要信息的构建报告。”

“原始数据和高度图图像对于评估和评估零件的关键区域以供未来生产也很有用，”他继续说道。“与 Flow 预打印软件结合使用，这允许在任何 VELO3D 系统上打印相同的打印文件，无论是谁操作它或它在世界的哪个地方——具有相同的预期最终部件质量。先进 AM 的这些功能现在可以实现数字仓储和按需更换零件。”

（顶部）Velo3D 蓝宝石金属增材制造机内部的实际逐层构建照片：（A，左）重涂后的粉末床和（B，右）激光后的粉末床。（下）单层高度图软件图像显示（C，左）重涂后的粉末床，确保激光表面均匀，（D，右）激光后的粉末床，为下一次重涂提供部件性能和安全环境的观察（图片 Velo3D）
随着 O&G 运营开始利用金属 AM 来更换或改进遗留零件，这些知识为开发更强大的供应链提供了切实的支持。

“现在我们可以帮助我们的客户减少库存需求，同时提供机会来优化关键过程控制组件的功能特性和材料，”Freitas 补充道。“这使油气运营商能够将注意力从维修和零部件供应链问题上转移，专注于提高工厂可靠性和控制成本。”

两个 First Article 节流阀组件在 Knust Godwin 工厂成功增材制造。从那里，阀门与 API20S 测试样本一起从构建板上移除。然后将阀门加工至最终成品，同时根据 API20S 对样品进行测试，这表明符合 IMI Critical 的材料规范。

这些阀门随后在 IMI Critical 进行了流量测试，然后再交付给 O&G 运营商用于即将进行的现场试验。

Freitas 表示：“这是第一个使用 Velo3D 技术生产的生产阀门，流量测试结果深刻证明了 Flow 软件提供的通用过程的一致性。”

IMI Critical 报告说，其传统 OEM 无法再取代老化设计的运营商对 AM 和 DRAG 等技术越来越开放——但他们也要求尽快获得这些新零件。

“这就是 AM 可以显着改变画面的地方，”沃尔顿补充道。“通过使用它在比传统制造方法更短的时间内交付 DRAG 优化的零件，IMI Critical 可以为其客户提供明显更短的交货时间和大大简化的供应链。”

初步测试和分析已被认为是成功的，这些版本正在运输中，由油气运营商在现场运行。生产构建目前正在进行中，利用在第一条构建期间建立的制造计划。还将进行额外的现场测试以收集更多的运营数据。结果将是生产就绪的组件，符合当前的 API20S 草案目标，将在运营商的一个站点进行实际现场试验。

下一步

在现场安装和测试新的节流阀笼之后，将发布和展示结果。展望未来，IMI Critical 打算进一步实施 Velo3D 的技术，以制造额外的调整阀和其他类型的组件。

“金属增材制造能够在比传统供应链短得多的时间内从坚固的金属合金中交付高度定制的零件，这是我们一段时间以来一直为客户提供的好处。Velo3D 下一代技术的独特能力将使我们能够最大程度地减少对添加剂产品的重新设计，同时还可以减少与传统金属添加剂系统在构建设置、维护和供应链可扩展性方面相关的障碍，”Freitas 说。

由于 Velo3D 能够以远低于 45° 的角度（在 IMI Critical 的 DRAG 技术的情况下，甚至可以降至零）制造内部通道和悬垂物，IMI Critical 自己的设计探索工作可能会为使用高级 AM 带来更多优势。这有望增强 DRAG 的应用，以优化传统设计并简化工作流程。

IMI Critical 还计划将 Velo3D 的 XC AM 系统的更大构建平台用于更大尺寸的流量控制元件，或更大体积的更小流量控制元件。

Freitas 总结道：“我们期待继续与 VELO3D 合作，为 O&G 生产更多组件，并利用他们的大尺寸产能为石油和天然气和化石能源市场制造非常大的阀门组件。”