CIRCOR Energy представила модель цапфового шарового крана, выполненная при помощи 3D-печати

Компания «CIRCOR Energy», специализирующаяся на дизайне, изготовлении, и маркетинге элементов запорной арматуры представила цапфовые шаровые краны с цельносварным корпусом серии WB-CIRCOR.

В целях лучшего ознакомления заказчиков с элементами конструкции, компания «3D Print Texas» отпечатала модель крана при помощи 3D печати.

CIRCOR Energy в своей деятельности исходит из того факта, что соображения безопасности и надежности являются приоритетом при изготовлении элементов трубопроводных систем. Краны с цельносварным корпусом, соответствующие стандарту API 6D обеспечивают наилучшее решение для подземного использования и не только.

Краны серии WB изготовлены так, чтобы минимизировать количество сварных швов, а значит – сократить места возможных утечек при долгой эксплуатации крана при подземной установке. Продуманная конструкция сочетает в себе максимальную прочность и проверенную конструкцию седла шарового крана и является предпочтительной моделью  для рынка трубопроводов.

Характеристики кранов:

• Конструкция крана - цельносварная - 8 "FP-48" FP - CS - ANSI Class 300, 600 *
• Краны имеют облегченный вес, двойную блокировку протечек.
• Шток защищен от воздействия излишнего давления при помощи элементов конструкции
• Подшипники с низким коэффициентом трения и защитой от коррозии
• Пожаробезопасны. Разработаны и протестированы на: API 6FA, API 607, ISO 10497
• Антистатические заземления между запорным элементом, седлом и корпусом.

Возможности использования 3D печати в арматуростроении

Пока что при помощи трехмерной печати можно изготавливать лишь модели арматуры, а также, с некоторой дорой вероятности - вспомогательные детали, использующиеся при ее производстве, например - формы. Однако, недалек тот день, когда станет возможным изготовление непосредственно самих деталей арматуры, полностью при помощи 3D печати. Этот день станет настоящим переворотом в промышленности.

Еще в 2015 году в журнале "Valve Magazine, Spring", 2015, c. 30, издаваемом Американской Ассоциацией Арматуростроителей (www.vma.org) была опубликована статья A. Bregmana - председателя Технического комитета "VMA", вице-президента и генерального директора "DFT Inc" и K. Kunkela, главного редактора "Valve Magazine", посвященная трехмерной печати в арматурной отрасли. Статья называлась "Аддитивное производство - прорыв в арматуростроении?". На русском языке статья была опубликована в журнале "Арматуростроение" № 3 (96) 2015, в переводе Т.С. Скляровой. Выдержки из статьи мы приведем ниже.

Что такое трехмерная печать и аддитивное производство?

"3D (трехмерная) печать, или "аддитивное производство", способна преобразить саму суть процессов изготовления физических объектов, включая арматуру и приводы, так же как Интернет изменил мир информационных технологий.

Сегодня с помощью 3D печати изделия можно изготавливать в том месте, где они нужнее, а не там, где ниже трудозатраты. Такой подход может превратить принцип "доставка точно в срок" в принцип "изготовление точно в срок там, где это необходимо". Теперь задача производства - найти экономически жизнеспособный вариант организации аддитивного производства тех или иных изделий, чтобы они при этом отвечали всем необходимым для эксплуатации требованиям к качеству, безопасности и функциональности".

Преимущества аддитивного производства в промышленности

Основное преимущество аддитивного производства арматуры по сравнению с традиционными процессами в том, что при изготовлении ряда деталей можно избавиться от некоторых технологических процессов. Можно, например, изготовить клапан целиком, так что отпадет необходимость в сборке. Это становится возможным, поскольку 3D печать позволяет изготавливать очень точные детали со сложной геометрией и сложными проходными сечениями.

Недавно Шеку Камара, директор консорциума по быстрому прототипированию в Инженерно-машиностроительной школе университета Милуоки, представил презентацию, в которой рассказал о производственной практике, проведенной в этом университете. В 2002 г. там была сконструирована и изготовлена методами 3D печати задвижка с возвратно-поступательным движением штока. Были исследованы свойства получившегося изделия в сравнении с обычной задвижкой.

Испытания показали, что изготовление подвижных деталей, цельных о-образных уплотнительных колец и резьбовых присоединительных концов арматуры - это вполне посильная задача; прототип самой задвижки был изготовлен целиком методом фотополимеризации. Тем самым показано, что этим методом возможно создать полноценные прототипы арматуры.

Применение металлической 3D печати имеет ряд преимуществ. Одна из них - возможность производства сложных по конфигурации деталей регулирующих клапанов, таких как полые, изогнутые или сетчатые детали, которые сложно изготовить, применяя традиционные технологии изготовления и сборки, что дает значительную свободу конструкторской мысли.

Другим преимуществом является то, что на выходе получается законченная модель, а значит, можно отказаться от пресс-форм и дальнейшей обработки. Экономится время и снижаются производственные затраты (так, деталь сложной конфигурации, требующая для изготовления около трех месяцев, с помощью 3D принтера может быть получена за две недели и притом высокой точности и очень высокого качества).

Не корпус, но форма

Использование 3D печати во вспомогательном производстве арматуры также обсуждается и уже происходит. И хотя эта технология пока достаточно дорогая в сравнении с традиционными, потрачено уже немало времени и сделано немало шагов в этом направлении.

Ван Беселар обращает внимание на преимущества использования АМ-технологий для создания литейных форм для арматуры. "Пропадают ограничения для литниковой системы, расширяются возможности геометрии литья, сохраняется высокая точность при замене марок материалов", - говорит он. И "хотя 3D принтер имеет определенный размер, размер изделия не ограничен емкостью его рабочей камеры. Литейную форму можно изготовить по частям и соединить, чтобы получить нужный размер".

Однако он в тоже время указывает и на ограничения. "Нельзя напечатать изоляцию, хотя можно вставлять изоляционные рукава в раззенкованные под них отверстия в форме", - говорит он.

К тому же лишний песок нужно выбить из формы, созданной с применением 3D печати, "и хотя мы сейчас изучаем разные варианты добавок к кварцевому песку, пока успеха не достигли", - добавляет он. Времени процесс формовки с использованием АМ-технологий занимает явно меньше, но цены - запредельные.

Однако, Дин Маркл, специалист по литью компании "Emerson Process Management", работающий в литейном производстве уже более 30 лет, видит варианты, при которых мог бы появиться экономический эффект. Например, если модельная оснастка нужна разовая, а потому очень дорогая. "Если вам требуется заменить клапан, который уже 30 лет как не выпускается, но вам нужен именно он, то применение аддитивных технологий куда более эффективно, чем традиционных", - отмечает он.

Вместо того, чтобы уповать на возможно где-то существующую 2D модель, "мы за несколько дней сделаем 3D модель, оснастим и запустим ее", и заимеем нужный клапан гораздо быстрее, говорит Маркл. АМ-технологии имеет смысл применять, если некая редкая деталь нужна где-то далеко. "Вы можете переслать файл в электронном виде в любую часть света, где у вас есть партнеры-литейщики, использующие АМ-технологии, и деталь будет изготовлена прямо там, на месте".

Другими словами, "вместо того, чтобы высылать образец с одного литейного производства на другое, вы просто готовите и высылаете 3D модель, и вам больше не надо тратиться на доставку модели клапана туда, где он нужен", - уточняет он. Технология позволяет объединить изготовление деталей или сократить расходы при производстве небольших партий, одиночных деталей или запасных частей. После того как изделия будут проверены и подогнаны под требования заказчика, АМ-технологии могут сэкономить время и деньги благодаря ускоренному появлению изделий на рынке.

Г-н Ли также утверждает, что продукцию аддитивного производства может оказаться легче использовать и устанавливать. "Не нужно беспокоиться о лишних выступах и впадинах, о литниках и порах, можно сосредоточиться на функциональности изделия, забыв об ограничениях со стороны оснастки и инструмента", - говорит он.

А поскольку таких ограничений нет, "можно спроектировать самые сложные контуры внутренних поверхностей, и изготовить требуемое как единую деталь, а не как несколько частей, которые придется потом собирать", - добавляет он.

Джеймс Сирс, старший инженер-механик лаборатории аддитивного производства компании GE Global Research, обращает внимание на то, что применение АМ-технологий вдвое снижает энергопотребление, а впоследствии нет необходимости в удалении излишка металла, можно снизить затраты на приобретение материалов на 90% в сравнении с традиционными технологиями производства.

Недостатки технологии 3D печати: Фатальный сбой, или детские болезни?

При том, что АМ-технологии имеют немало достоинств, есть и определенные ограничения по их использованию. Как отметил г-н Ли, очень высока стоимость промышленных принтеров, производителей таких установок мало, и с их стороны отсутствует поддержка выполнения новых опытно-конструкторских работ. Расходные материалы также дороги, а возможности их повторного использования в производственном процессе ограничены.

К тому же рабочие допуски для продукции аддитивного производства меньше, чем для заготовок, подлежащих механической обработке. Чтобы выдержать размеры и внешний вид, нужна обработка после изготовления, при этом может иметь место анизотропия. В случае "изготовления по мере надобности" на месте встает вопрос о защите прав интеллектуальной собственности патентообладателя.

Проблемы возникают оттого, что АМ-технологии развиваются слишком быстро, и за ними не поспевают ни правовые, ни социальные структуры, деятельность которых должна быть направлена на создание и разработку инструментов, защищающих права заинтересованных сторон.

М-р Сирс уточняет, что решение всех вопросов квалификации материалов для аддитивного производства обходится очень дорого и может занимать пять и более лет. Он говорит, что особенно важно разбираться в процессе взаимодействия лазера и используемого материала.

От теории - к практике. Оснащение институтов аддитивными машинами

Как сообщает сайт nami.ru, летом 2012 года в городе Янгстоун (Youngstown, Ohio) был открыт "National Additive Manufacturing Innovation Institute" (NAMII) - первый из 15 институтов технологической направленности, создаваемых, по заявлению Департамента торговли США, с целью "ускорить инновационное развитие и усилить конкурентоспособность".

Всего на создание 15-ти институтов выделено около $1 млрд. Машинный парк института "NAMII" уже включает 10 аддитивных машин, причем три из них "Renishaw AM 250", "ExOne M-Lab" и "POM Synergy 5" - это самые современные машины для синтеза деталей из металла.

По данным сайта 3ders.org, "GE" уже применяет 3D печать для производства деталей регулирующих клапанов. До настоящего времени в "GE" применяли 3D принтеры только в головном офисе в США для производства деталей выпускаемых компанией реактивных авиационных двигателей.

На заводе "Kariwa" установлен 3D принтер металлической печати "LUMEX Avance-25" производства "Matsuura Machinery Corporation" - это единственная в мире установка, сочетающая технологию послойной печати оптоволоконным лазером с фрезерованием на обрабатывающем центре. Если существующие 3D принтеры обеспечивают точность изготовления около 0,1 мм, то принтер "LUMEX Avance-25" превышает эту точность в 100 раз.

Компания "GE Oil & Gas" на своем заводе "Kariwa" в Ниигате (Япония) применяет для производства деталей сложной конфигурации для регулирующих клапанов, разработанных "Masoneilan" и предназначенных для применения в энергетике, металлический 3D принтер (последняя модель печатающего устройства путем лазерного спекания металла).

Общие выводы

Технологии 3D печати будут совершенствоваться, их стоимость будет падать, как это было с мобильными телефонами и со многими другими новыми технологиями. Процесс развития АМ-технологий, уже явно привлек к себе внимание, но все еще не вышел за пределы лабораторных исследований.

В некоторых случаях применение этих технологий целесообразно, экономически и коммерчески оправданно. И вполне возможно, что в подобной статье, написанной через год, будет уже рассказано, что отдельные арматурные компании взяли на вооружение новую технологию, и она, покинув лаборатории, заняла достойное место в производственных цехах.

Итак, статья написана в 2015 году, а сейчас у нас начало 2017 года. Можно ли согласиться с предположением, высказанным в последнем абзаце? Заняла ли технология 3D-печати достойное место в производстве арматуры.

Можно ответить так - если и не заняла - то уверенно идет к этому. Вот что пишет аналитик журнала "Арматуростроение" Ю. Жестин в своей статье, опубликованной в № 5 данного журнала за прошлый 2016 год.

Все более широкое применение технологии АП находят сегодня в аэрокосмической отрасли, в медицине, в фармацевтике, в электротехнике. Например, компания "Croft Additive Manufacturing" начала производство фильтров для фармацевтических компаний. В производстве типового промышленного оборудования эти технологии пока применяются мало.

Темпы роста рынка аддитивного производства составляют около 30% в год. По сравнению с другими отраслями это значительная цифра, но не такая большая, какой должна быть, чтобы можно было говорить о "революции". Объем рынка АП $3-4 млрд - это лишь сотые доли процента мирового промышленного производства ($17 трлн), а такими темпами за 10 лет объем вырастет всего вдесятеро. Ну, будут десятые доли процента - как-то не похоже на революцию, правда? Однако, внимание к АП в мире растет явно опережающими темпами.

Организованная деятельность начинается с единых стандартов.

Стандартизация в сфере АП набирает обороты. Первым техническим комитетом по этой тематике стал образованный в 2009 году ASTM F42. В 2011 году технический комитет по аддитивному производству TC 261 появился в составе ISO, его ведет DIN. В 2015 году возникли европейский CEN/TC 438 и российский ТК182, образованный на базе ФГУП "ВИАМ". Между ASTM и ISO подписано соглашение о сотрудничестве, стандарты готовятся совместные. Первые из них уже приняты, в том числе:

ISO 17296-1/ASTM 52900:2015 Аддитивное производство. Терминология; „
ISO 17296-2:2015 Аддитивное производство. Общие принципы. Обзор производственных процессов и сырья; „ISO 17296-3:2014 Аддитивное производство. Общие принципы. Основные характеристики и соответствующие методы испытаний; „
ISO 17296-4:2014 Аддитивное производство. Общие принципы. Обзор методов организации данных.
В 2016 году вышла вторая версия ASTM 52915, посвященного форматам файлов для 3D-печати. В ISO готовится еще целый ряд стандартов. А первые ГОСТы по АП ожидаются в 2017 году. Пока что стандарты направлены на создание единой терминологии и системы понятий АП, без чего невозможно согласованное движение вперед. Ведь принципы аддитивного производства совершено иные, и многие понятия требуют переосмысления.

По мере накопления научных результатов и практики, база стандартов будет тут же пополняться. Поскольку в профильных ТК работают энтузиасты АП, которым пока еще чужда неторопливая процессуальная бюрократия.

К чему все в итоге придет?

Об аддитивном производстве корпусных деталей арматуры на высокие параметры, речи сегодня, конечно, не идет, хотя что будет через десять лет - предсказать сложно. Тут следует учесть, что в рамках АП создание деталей с переменными по объему свойствами не является чем-то особенным.

Например, можно напечатать деталь, в которой свойства поверхностного слоя будут отличаться от свойств внутренних областей. В перспективе такая возможность позволит исключить из технологического цикла отдельную операцию обработки поверхности, создавая упрочненный и/или коррозионностойкий слой прямо на спекаемой лазером детали.

Наконец, пластиковая арматура - тоже важный тренд развития нашей отрасли. Это направление быстро развивается в последние годы. Сегодня полимеры, применяемые для производства арматуры, не совпадают с теми, что используются в 3D-принтерах, но эту нестыковку не так уж сложно устранить.

Массовое производство дешевых изделий пока что не предполагает использование технологий АП, но мелкосерийное производство специальных конструкций арматуры из полимеров с помощью 3D-печати не за горами.

Думаю, в российском арматуростроении АП начнет применяться гораздо раньше, чем через 10 лет. Скорее всего (во всяком случае, на первых порах), речь будет идти о заказах отдельных узлов и деталей в компаниях, специализирующихся на услугах 3D-печати.

Возможно, санкции помешают появлению таких компаний внутри страны. Но небольшие по размеру дорогие детали (а речь поначалу пойдет именно о таких) можно и за рубежом заказывать.

Главное - понимать, что такое аддитивное производство, где и в чём оно может быть выгодно. Поэтому к быстро расширяющимся возможностям технологий АП с точки зрения их применения в арматуростроении стоит начать присматриваться уже сейчас.

Материал: http://www.valve-industry.ru/

Пресс-служба МЦ Armtorg по материалам региональной газовой компании «Палюр»