オーストリアの溶接専門会社フロニウスが3Dプリント圧力容器部品の認証基準を向上

オーストリアの溶接専門会社フロニウスが3Dプリント圧力容器部品の認証基準を向上
2024年10月、Antarctic Bearは、オーストリアの溶接専門企業Fronius InternationalがLinde Engineering、MIGAL.CO、TÜV SÜD Industrie Serviceと協力して、3Dプリントされた圧力容器部品を認証したことを知りました。このプロジェクトは、ドイツ標準化機構(DIN)内のワーキンググループの一部であり、圧力機器の製造における積層造形技術の使用を評価および改善することを主な目標としています。特に興味深いのは、ワーキング グループが新しい規格案 prEN 13445-14 の非加熱圧力容器コンポーネントへの適用性をテストしたことです。


△認定された圧力容器には、積層造形された分岐管とCEラベルが装備されており、圧力容器製造分野における3Dプリント技術の大きな進歩を示しています。

Fronius は世界中に 8,000 人以上の従業員を擁し、太陽光発電、バッテリー充電、溶接、金属 3D プリントの分野で活動しています。同社のコールドメタルトランスファー(CMT)プロセスは、溶接技術を使用してワイヤ電極を溶かし、層ごとに堆積させて部品を作成するワイヤベースの積層製造プロセスです。 CMT は、従来の溶接と 3D プリントの機能を組み合わせて、高い堆積速度によって発生する熱入力を最小限に抑え、溶接の高さと幅を正確に制御できるようにします。

パートナーの専門的な貢献

各パートナーはプロジェクトにおいて重要な役割を果たしました。

Fronius International:従来の溶接と 3D 印刷の利点を組み合わせたワイヤベースの 3D 印刷プロセスであるコールド メタル トランスファー (CMT) 積層造形技術を提供し、高い堆積速度によって生成される熱入力を最小限に抑えることができます。

Linde Engineering: 3D プリントされた部品が欧州の圧力容器規制の安全性と品質の要件を満たしていることを確認するための材料の特定と設計レビューを担当します。

MIGAL.CO: 3D プリント部品の信頼性と性能を確保するために、プロセス検証とコンポーネント テストに重点を置いています。

TÜV SÜD Industrie Service:プロセスチェーン全体が業界標準に準拠していることを保証する専門的な認証サービスを提供します。

リンデ社のカティ・シャッツ博士は、3Dプリント規格は欧州の圧力容器規制を満たすために必要なすべての安全性と品質の要件をカバーしていると述べた。この文書は完成までにはまださらなる改訂が必要ですが、機能的な圧力装置を 3D プリントしようとしている人にとって、すでに役立つガイドラインを提供していると Schatz 氏は考えています。

圧力容器のコンポーネントには、従来製造されたベースパイプに溶接された 3D プリントされたパイプブランチが使用されています。材質には、-273℃の低温でも高い強度と靭性を持つアルミニウムを採用しました。 MIGAL.COのCEO、ロバート・ラーンシュタイナー氏は、このプロジェクトで使用されている材料は持続可能で炭素排出量が少なく、溶接ワイヤ1kgあたりのCO2排出量はわずか3.8kgで、国際平均の4分の1以下であると指摘した


△CMT積層造形により、溶接層でパイプラインの分岐を構築します。

圧力容器のコンポーネントを設計する際、チームは圧力容器のベースチューブからショートチューブへの遷移フローとトポロジーを最適化しました。彼らは、ベースチューブに 8 mm、遷移セクションに 14 mm、3D プリントされた分岐コンポーネントに 5 mm という 3 つの異なる壁の厚さを採用しました。

高度な製造技術<br /> 3D プリント プロセスの精度と信頼性を確保するため、プロジェクト チームは高度なロボット溶接技術と Fronius の WireSense センサーを使用しました。これらのセンサーはコンポーネントをスキャンし、リアルタイムで調整して精度を確保し、幾何学的偏差を最小限に抑えることができます。 Fronius の WeldCube 溶接データ管理ソフトウェアは、AMPS で指定されたパラメータ制限を監視し、生産プロセスの安定性と一貫性を確保するために使用されます。


△ 積層と溶接順序のシミュレーション


△圧力容器の有限要素法モデル(FEM)

テストと認証
3D プリントが完了した後、個々のテストピースに対して、目視検査、寸法検査、体積検査、表面検査などの非破壊検査が行われました。機械的強度と完全性を検証するために、化学分析、引張試験、曲げ評価などの破壊試験も実施されました。さらに、コンポーネントの信頼性と安全性を確保するために、水圧と破裂の評価も行われます。

最終的に、コンポーネントはすべてのテスト、評価、最終検査に合格し、欧州圧力機器指令 2014/68/EU への準拠が確認されました。フロニウス社の研究開発エンジニアであるマンフレッド・ショルグーベ氏は、この認証プロセスが、工場やコンテナの建設における金属3Dプリントの利用を増やす「説得力のある理由」になると考えています。

将来を見据えて<br /> 国際標準化機構(ISO)は、3Dプリントされた圧力容器に加えて、さまざまな分野での3Dプリント技術の品質と安全性を確保するための新しい積層製造規格もいくつか発表しています。たとえば、 ISO 5425:2023 規格は 3D プリント PLA フィラメント用であり、一貫性と品質管理を保証します。ISO/ASTM 52939:2023 規格は建築 3D プリントに適用され、建築アプリケーションの品質、安全性、効率を保証します。今後、チームは、厳しい品質と安全基準を満たす可能性を示しながら、工場やコンテナ建設などの業界での 3D プリント技術の応用を継続的に推進したいと考えています。

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