油田掘削機器メーカーAPSは金属3Dプリント技術を使用して部品を製造しています

この投稿は Little Soft Bear によって 2017-3-30 14:07 に最後に編集されました。

家の外に立つだけで、リビングルームの壁、廊下、寝室に穴を開けることができると想像してみてください。なんと信じられない話でしょう。住宅改修工事ではこのような極端な掘削技術は必要ありませんが、石油・ガス業界ではこのような驚くべき偉業が毎日行われています。
世界中の深い油井では、掘削リグが複数の岩層を貫通し、数マイルの深さまで穴を掘る必要があることがよくあります。ドリルビットは、地下数万フィートの深さにある複雑な穴の形状から坑井の方向を決定する必要があります。このような過酷な動作環境は、油田掘削装置の性能に課題をもたらします。油田掘削設備メーカーのAPSテクノロジーは、掘削設備部品の研究開発と製造に金属3Dプリント技術を採用しています。この技術は加工工場の時間を節約するだけでなく、掘削設備の耐用年数を延ばし、掘削効率を向上させるという優れた性能も備えています。

次に、APS Technology が EOS DMLS 金属 3D プリントシステムを使用して掘削装置の部品を製造した事例を組み合わせて、付加製造技術が石油およびガス業界の掘削装置メーカーとユーザーにもたらした価値を理解します。
課題: 掘削装置の耐久性と柔軟性をどのように向上させるか?

APS テクノロジーは、油田や過酷な環境のさまざまな要件に対応する現場パフォーマンスと理想的な設計を提供することに取り組んでいる、世界で最も先進的で信頼性の高い企業の 1 つです。当社は1993年に米国コネチカット州で設立されました。世界中で、掘削リグは複数の岩層を貫通し、数マイルの深さの穴を掘るためにしばしば必要とされます。多くの場合、ドリルビットは、地下数万フィートの複雑な穴の形状を通して坑井の方向を決定するために必要になります。 APS テクノロジーは、掘削中の測定 (MWD) と回転式操舵システム (RSS) を組み合わせたもので、ドリルビットの真下に取り付けて掘削孔の位置を測定し、軌道をリアルタイムで制御できます。

地下数百フィートの岩石を掘削するのは明らかに困難ですが、それに加えて、ドリルビットを冷却し、掘削片を洗い流すために使用される加圧流体は、研磨性が極めて高く、すぐに失われてしまいます。これにより、ダウンホールシステムや他の多くの種類の掘削装置が深刻な損傷を受ける可能性があり、超硬質のインコネルや 17-4 ステンレス鋼さえも破壊される可能性があります。そして、今日のエネルギー生産者にとって、これらの課題は氷山の一角にすぎません。 APS は、MWD システムに加えて、操縦可能な掘削モーター、振動ダンパー、モデリングおよび分析ツール、ロギングセンサーなど、さまざまなインテリジェントツールを掘削オペレーターに提供することに取り組んでいます。これまで、APS はさまざまな積層造形方法を使用して、設計検証用に 3D プリントされたプラスチック部品をカスタマイズし、継続的な改善タスクを数多く完了してきました。実際の環境で使用できる複雑な金属部品を製造するために、APS は金属 3D プリント技術を導入しました。
ドリルビットおよび回転操舵システム (RSS): APS Technology は、EOS 産業用 3D 印刷技術を使用して、石油およびガス井を効果的に誘導するために使用される回転操舵システムの複雑なコンポーネントを製造しています。画像出典: APSソリューション: 前例のない複雑な部品の積層造形

EOS は、EOSINT M 280 システムを使用した耐久性のある金属の積層造形 (APS) に最適なソリューションを提供します。この技術により、APS は短期間で長持ちする耐久性のある部品を製造することができます。 EOSINT M 280 システムの DMLS 金属 3D 印刷技術を使用すると、設計者はこれまで製造不可能だった複雑な形状を作成し、このような課題に簡単に対応できます。たとえば、さまざまな格子構造や細かいメッシュ構造を作成できるため、従来の機械加工による部品よりもスペース効率の高い部品を製造できます。

MWD システム全体: タービン内部コンポーネントの一部は、EOSINT M 280 システムによって印刷されます。画像提供: APS 「私が初めて APS に来たときは、システムが稼働し始めてからまだ 1 か月ほどしか経っていませんでした」と、APS テクノロジーのマーケティング担当副社長、ポール・シートン氏は振り返ります。「同僚たちはシステムに慣れるために一連のテストサンプルやその他の作業を行いましたが、それは私たち全員にとってまったく新しい技術でした。EOS はオンサイトトレーニングとアプリケーションアドバイスを提供してくれたので、さまざまな部品の試作をすぐに始めることができました。これらの初期の成功により、私たちは今日、より生産志向の作業を行うことができました。」

そのような成果の 1 つは、操舵可能なドリルビットとその搭載 MWD システムに電力を供給するために 5 段タービンを使用することです。各タービンは、DMLS 技術を使用して印刷された複数の部品で構成されています。DMLS 技術は、EOSINT M 280 が高出力 Yb ファイバーレーザーと精密スキャン光学系を使用して、CAD モデルの極めて薄いスライスを微細な金属粉末の層にトレースする付加製造プロセスです。レーザーが通過する場所では、個々の金属粒子が溶けて、隣接する粒子や次の層と融合します。各スライスがレーザーによって照射され溶融された後、徐々に形成されたワークピース上に新しい金属粉末の層が配置され、処理が完了するまで上記の処理が層ごとに繰り返されます。

各タービンは、いくつかの複雑なエンドカバーと 5 セットのステーターおよびローターで構成されており、これらはすべて APS の EOSINT M 280 によって製造されています。「ステンレス鋼、インコネル、その他の金属からこれらの部品を製造できるようになったので、実際の部品を3Dプリントして実際の環境で使用できるようになり、私たちにとって大きな利点となっています」とシートン氏は語った。上級機械エンジニアのクリス・ファンケ氏は、これらの部品は同社独自の深さ3,000フィートのテスト井での稼働を含め、実際の掘削作業に十分対応できる能力を備えていると語る。

結果: 製造コストとサイクルを節約し、機器の掘削効率と耐久性を向上します<br /> EOS テクノロジーを使用することで、APS は掘削アセンブリのコンポーネント数を 4 つの個別部品から 1 つに削減することができました。 DMLS は、かつては製造に数日、あるいは数週間かかっていた治具や固定具を、今では人間の介入なしに一晩で印刷できるため、同社の大規模製造工場のコスト削減にも役立っています。 APS 設計者は、部品数を減らして新しい部品形状を作成できるという利点に加えて、このテクノロジによって製品開発サイクルを大幅に短縮できることを発見しました。

DMLS 3D 印刷技術の使用により、APS に他の多くの道が開かれる可能性があります。付加製造プロセスでは、以前よりも意図した形状に近い部品が製造されるため、下流の機械加工操作が簡素化されることが多く、場合によっては完全に不要になることもあります。さらに、この新技術により、APS は金型やその他の 1 回限りの処理コストを節約でき、製造には CAD モデルと金属粉末のみが必要になります。「従来の方法では棒材から同等の部品を作るのに18時間かかっていたかもしれない工場に、DMLS部品を供給できるようになりました」とファンケ氏は指摘します。「部品の印刷には22～26時間かかりますが、有機気孔など従来の方法では実現できない特性を備えています。

現在、工場ではシール面を機械加工し、さらに公差特性を制御して部品を完成させるのに 3 ～ 4 時間しかかかりません。したがって、DMLS プロセスを使用すると、ジョブショップで他の製品を生産するための時間を 14 ～ 15 時間節約できます。 DMLS は当社の製造プロセス全体を変革し、他のプロジェクトを実行したり、他の作業を引き受けたりする能力を高めています。私たちは、EOSINT M 280 を使用して、さらに多くの作業を行う予定です。「」とフンケ氏は語った。

出典: 3Dサイエンスバレー

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