Metallfertigung 3D-Druck-Projekt zeigt Ergebnisse mit globalen Auswirkungen

Die additive Metallfertigung soll in der verteilten Fertigung eingesetzt werden. IMI Critical und Velo-3D wurde der Druck desselben zertifizierten Teils an sechs Standorten in drei verschiedenen Ländern ermöglicht.

Bisher waren oft kostspielige Produktionsanlagen und Personal erforderlich, wenn es darum ging, Produkte mit herkömmlichen Fertigungstechnologien auf globaler Basis im eigenen Land zu liefern. Zudem kamen Probleme in der Lieferkette und Produktionsverzögerungen.

Die additive Metallfertigung verspricht nun, laut Pressemitteilung, die alten Teile vor Ort innerhalb weniger Wochen statt Monate zu ersetzen. Für die Herstellung von Metall-AM-Produkten wird Legierungsmaterial verwendet, das pulverförmig ist und effizienter und umweltfreundlicher eingesetzt werden kann, als endbearbeitete Materialen erst herkömmlich umzuformen. So können auch alte Designs neu gestaltet werden. Unternehmen können Legierungen, die mit konventionellen Fertigungsmethoden nur schwer zu verarbeiten sind, leichter in 3D drucken, was eine höhere Qualität der Teile bei geringerem Materialeinsatz gewährleistet. So wird Flexibilität in der Lieferkette und eine bedarfsgerechte Lieferung geboten.

Ein ehrgeiziges Ziel

Die ideale Lösung ist eine einzige digitale Druckdatei, die auf verschiedenen AM-Maschinen an unterschiedlichen Standorten überall auf der Welt das gleiche Ergebnis liefert. Die skalierbare Produktion, die dadurch ermöglicht wird, kann dann auf jeder ähnlichen Maschine ebenfalls produziert werden, ohne dass zusätzliche Entwicklungen nötig sind.
Nach der erfolgreichen Produktion und dem Einsatz eines Metall-AM-Teils für die Öl- und Gasindustrie bei einem großen nordamerikanischen Öl- und Gasunternehmen im Jahr 2021 arbeiteten IMI Critical und Velo-3D zusammen, um diese Arbeit auf ein Projekt für die verteilte Fertigung auszuweiten. Das Problem der Produktionsskalierbarkeit ist, dieselben Teile innerhalb der Spezifikationen auf verschiedenen Druckern mit derselben Druckdatei zu produzieren, ohne weitere Entwicklungen tätigen zu müssen. Dieses Problem zu lösen ist Ziel des Projektes. Es basiert auf einer Hochdruck- Durchflussregelvorrichtung, die in Wassereinspritzbrunnen eingesetzt wird, um Probleme mit Erosion, Lärm und Vibrationen zu vermeiden. Die AM-Neuentwicklung verbessert die Wirksamkeit der proprietären Drag-Technologie von IMI Critical, die zerstörerische Flüssigkeitsströmungsgeschwindigkeiten durch Regelventile steuert.

"Die einjährige Wartezeit zwischen der Fertigstellung des neuen Ventildesigns und der Entscheidung, mehr davon an verschiedenen Standorten zu drucken, simuliert die Art von Angst, die jeder in einem globalen Fertigungsunternehmen hat", sagt Steve Freitas, Leiter der Entwicklung neuer Produkte bei IMI Critical. "Die Zeit ist verstrichen, und Sie müssen dasselbe Design noch einmal in Stückzahlen produzieren, aber wie können Sie sicher sein, dass es ohne zusätzlichen Entwicklungs- und Zertifizierungsaufwand innerhalb der Spezifikationen liegt?“

Metallfertigung

Modernisierung der LPBF-Technologie von Kupfer

Wie sind die Unternehmen dafür vorgegangen?

Die bestehende Velo-3D-Druckdatei des Projekts 2021, die den gesamten Befehlssatz für den 3D-Druck enthält, wurde aus dem PLM-System von IMI Critical abgerufen und sicher an sechs Fertigungsstandorte auf drei Kontinenten geschickt - vier in den USA, einer in Asien und einer in Europa.

Jede Phase des Projekts wurde, laut Pressemitteilung, streng kontrolliert, an jedem CM-Standort durchlief das Velo-3D Sapphire-System eine Reihe von Kalibrierungsprüfungen, um vorhersehbare und konsistente Druckergebnisse zu gewährleisten. Die ursprüngliche, unveränderte Druckdatei aus dem Jahr 2021 wurde in jedes Velo-3D Sapphire-System geladen, ohne dass die darin enthaltenen Laseranweisungen an den Standorten geändert werden konnten. Jeder Build des 3D-Drucks enthielt zwei Teile und wurde vor Ort überwacht gedruckt. Die Reports generierte Assure automatisch. Nach der Herstellung wurde dann noch das überschüssige Pulver bei jedem Bau von den Teilen entfernt. Abschließend erfolgten die Qualitätskontrolle und die Maßfertigung des fertigen Teils.

Ergebnisse

Die Ergebnisse nach den Probedurchläufen und mechanischen Prüfungen zeigten, dass alle Teile sowohl in metallurgischer als auch in funktioneller Hinsicht den Design- und Leistungsspezifikationen von IMI entsprechen. "Wir haben jetzt die Gewissheit, dass wir in zwei Wochen oder in zwei Jahren dieselbe Druckdatei bei jedem dieser Zulieferer drucken können", sagt Zach Walton, Director of Technical Business Development bei Velo-3D. "Da die digitale Produktdefinition, die in API20S als eine Sammlung von Daten für die Reproduktion des additiv gefertigten Bauteils festgelegt ist, seit dem Projekt 2021 unverändert ist, hat sich gezeigt, dass keine Neuqualifizierung oder Neuentwicklung erforderlich ist - ein großer Gewinn für die O&G-Industrie und andere Branchen, die eine verteilte Fertigung einsetzen wollen." Diese Ergebnisse sind richtungsweisend für AM in verschiedenen Branchen und ein wichtiger Maßstab für den Nachweis, dass eine verteilte Fertigung mit der fortschrittlichen LPBF-Technologie (Laser Powder Bed Fusion) in der Praxis möglich ist.

3D-Metalldruck

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Die Übung unterstützt eindeutig die Geschäftsziele von IMI Critical, sagt Freitas. "Jetzt, da wir unser Nachrüstungsgeschäft weltweit ausweiten, erkennen wir den Wert einer End-to-End-AM-Lösung, die eine skalierte Produktion ohne Kompromisse bei Qualität und Wiederholbarkeit ermöglicht", sagt er. "Wir finden den Ansatz von Velo-3D in dieser Hinsicht sehr attraktiv. Wir müssen das Rad nicht jedes Mal neu erfinden, da wir über qualifizierte Baurezepte und Druckdateianweisungen verfügen, die gesperrt sind. Das spart auch Kosten, weil wir die Qualifizierung nicht wiederholen müssen. Auf diese Weise bleibt das geistige Eigentum an der Druckanweisungsdatei erhalten, was bei unserem globalen Einsatz immer wichtiger wird."
Velo-3D weist außerdem darauf hin, dass sich die Auswirkungen nicht auf die Öl- und Gasindustrie beschränken, sondern in vielen Branchen etwas verbessern könnten.

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