3D プリンティング、石油・ガス業界はどのように関わってくるのでしょうか?

プリンターとデジタルモデルを使用してオブジェクトを作成する 3D プリンティングは数十年前から存在していますが、石油およびガス業界を含む一部の業界では、「付加製造」(AM) として知られる 3D プリンティング技術により、製品開発が改善され、試作および製造がスピードアップしています。アクセンチュアの「石油・ガス産業における 3D テクノロジーの潜在的可能性レポート 2014」によると、テクノロジーの複雑性が増し、設備コストが低下し、印刷可能な材料がより多様化するにつれて、3D プリンティングは主流の製造市場と消費者市場に参入しつつあります。これは熱く議論されるニュースの見出しとなった。

多くの 3D プリント技術の特許が期限切れになるにつれ、より多くの企業が 3D 分野に参入できるようになります。一部の業界では、3Dプリントが非機能プロトタイプを超えて拡大し、テクノロジー企業のグループが登場し、印刷材料は高品質で入手可能です。人々の3Dプリントへの関心は大幅に高まり、3D生産部品は航空宇宙から歯科まであらゆる分野で使用されています。 3D プリントの利点は、複雑な形状の小型部品を製造できるため、高価な材料を節約できることです。

石油・ガス会社が3Dプリント技術を開発

GEオイル＆ガスの材料および製造技術責任者は、同社が3Dプリント技術の開発を始めたのは5年前だと語った。イタリアのフィレンツェにある付加製造技術研究所に同社初の金属レーザー直接溶解機（DMLM）を設置して以来、開発活動は過去3年間でさらに加速している。研究所にはタービン部品開発設備や特殊合金設備が追加され、製造能力が向上した。特に、インドのバンガロールに新たな付加製造研究所を設立して以来、同社の製造能力は加速しています。

GE Oil & Gas は、研究所で主に 3 つの開発活動に取り組んでいます。まず、コンポーネントのラピッドプロトタイピングは、新しい生産の導入をサポートします。このテクノロジーにより、設計コンセプトのテストが高速化され、開発サイクルが大幅に短縮されます。たとえば、新しい NovaLT16 ガスタービンの燃料インジェクターの開発では、4 つの異なる設計コンポーネントが DMLM を使用して製造され、フルサイズのガスタービンで迅速にテストされたため、開発と製造の承認サイクルが半分に短縮されました。最初の NovaLT16 エンジンは、選択された設計を使用して正常に製造されました。

第二に、複雑な形状の部品をほぼコストをかけずに開発できる能力が形成されました。同社はガスタービンの燃焼部品を再設計し、革新的な幾何学的構成を採用して、ガスタービンの技術的性能を向上させ、燃焼排出量を削減しました。チェッコーニ氏は、技術革新にはエンジニアの設計思考を変えることが求められ、従来の製造技術と比較して、設計空間が拡大し、より多くの幾何学的形状が可能になったと述べた。これまで必要だった複数のコンポーネントのろう付け、溶接、リベット留めではなく、部品全体を一度に印刷できるようになり、製造および組み立てプロセスが簡素化されました。

3 つ目は、ユーザーはより頻繁に技術的なアップグレードサービスを受けることができることです。ユーザーは、機器のダウンタイムや工場の閉鎖の影響を軽減するために、スペアパーツを倉庫に保管する必要があることに不満を抱いていました。 3D プリントは、生産サイクルの短縮により、オリジナルと同じかそれ以上の品質のアクセサリを迅速に生産できるため、このパラダイムシフトをもたらします。 GE Oil & Gas は現在、3D プリント技術を水中装置などの他の生産ラインに適用しており、バルブ部品の製造にも使用する準備を進めています。同社は昨年、石油・ガスを含むさまざまな事業間での知識と経験の共有を加速させるため、ペンシルベニア州に付加製造工場を開設すると発表しました。

「3D プリントの応用機会はほとんど未開拓であり、部品の設計と製造方法の改革には時間がかかるだろう」と Cecconi 氏は述べた。ハリバートン社は、完成ツール、ケーブルおよび穿孔ツール、試験および海中ツール、ドリルビット、サービスサポートなど、さまざまな事業ラインに 3D プリント技術を適用している。

ハリバートンの研究開発マネージャー、アラン・チャン氏は、3Dプリントを使った部品の試作品の開発には数日かかるが、それでも従来の試作品製造プロセスよりは速いと語った。 3D プリントは、複雑な幾何学的形状を持つ部品を素早く製造できます。従来のプロセスでは、複雑な部品を複数のピースに分割して、内部を機械加工する必要がありました。3D プリントは、ピースの数を減らすことができます。たとえば、流量制御装置を製造する場合、従来のプロセスでは装置を 2 つの部分に分割して溶接する必要がありますが、3D プリントでは装置全体を形成できます。

石油・ガス産業における3Dプリント技術の課題

研究者らは、石油・ガス産業における3Dプリント技術の応用には潜在的な限界があると指摘している。石油・ガス業界では、3D プリント技術を使用して製造された部品の責任と信頼性に関する懸念が高まっているため、3D プリント技術の導入が遅れています。航空宇宙産業は、3D プリント部品の品質と信頼性を確保するために、社内プロセスの開発に 10 年を費やしてきました。原油価格が下落している現在の市場環境では、石油・ガス会社は2016年にコスト削減する必要があり、3Dプリント計画の開発を延期する予定です。今後5〜10年間、3Dプリンティングの研究開発の課題は、いかにコストを節約するかということになるでしょう。

アクセンチュアの北米エネルギーイノベーション責任者ブライアン・リチャード氏は、カスタムツールなど、それほど重要でないコンポーネントから始めることを検討しているが、コンポーネントが故障した場合の責任問題や、一部のコンポーネントの知的財産が第三者に属しているため知的財産所有権の問題が依然として残っていると述べた。エネルギー企業が通常操業する高温高圧の環境に適した部品を製造するには、新しい 3D プリンターと印刷材料を開発する必要があります。さらに、複雑な設計と独特な表面を持つ部品の製造には、石油・ガス業界がまだ進歩していないソフトウェアとコンピューティングの課題が伴います。

陸上の石油・ガス事業と比較して、沖合の石油・ガス事業では 3D 印刷技術の潜在性が大きくなります。 3D プリントの利点の 1 つは、作業を中断したり空輸した部品を分解したりする必要がなく、機械メーカーや熟練技術者から遠く離れた現場で必要な部品を製造できることです。例えば、掘削リグの場合、プリンターと印刷材料があれば付属品を製造でき、部品の 3D プリントには 6 ～ 24 時間しかかかりません。これにより、交換部品の待ち時間を短縮できますが、掘削リグプラットフォームには、工場にあるような完全な品質管理および検査ツールがありません。

つまり、部品が複雑で、材料が高価で、バッチサイズが小さい場合は、3D プリントを使用できます。アクセンチュアは、遠隔地での製造能力を活用して、石油・ガス会社のサプライチェーン管理の改善を支援します。油田サービス会社には、ツールのデジタルテンプレートまたは印刷ライセンスを販売できます。しかし、3D プリント技術が今後 5 年間で石油・ガス会社に「実際の」収益をもたらすことは期待できません。業界関係者は、石油・ガス会社はモデリングから始め、この技術の現状を把握し、最も価値のある技術目標と開発戦略を確立すべきだと提案しています。

3D プリントは機器部品の複製だけではありません。3D プリント技術は石油・ガス業界にさらに多くの応用方法を提供します。昔学校で教えられた設計図は現代のデザインに変える必要があり、現在の設計概念も変える必要があります。標準的な製造技術では、コンポーネントの設計時にこれは見えません。エンジニアの既存の製造基準と制約も変更する必要があります。既存の製造基準と制約の欠点は、イノベーションと好奇心を抑制してしまうことです。また、機械加工された部品は表面が滑らかで光沢がありますが、印刷された部品は見た目が粗い場合がありますが、性能は同じです。これは機能ではなく好みの問題であり、印刷ではあらゆる部品を作成できます。経済不況の際には、石油・ガス業界はより良く、より経済的な方法で製品を製造する必要があります。

出典: Petroleum Business Daily

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