南極のクマの目録: 世界の石油・ガス産業における 3D プリントの応用事例

この投稿は warrior bear によって 2022-9-24 20:19 に最後に編集されました。

はじめに: 石油・ガス産業はエネルギー産業の重要な構成要素であり、2021 年の世界の石油生産量は約 42 億トンであるため、世界最大の産業の 1 つです。気候変動や、現在のウクライナ戦争のような供給国情勢の変化などの問題により、多くの人が石油に代わる解決策を模索している一方で、石油は依然として、特に暖房用として第一のエネルギー源となっています。そのため、業界の多くの人が、無駄な消費や漏れによる事故を減らすために、パイプやその他の部品の輸送効率を向上させる方法を模索しているのも不思議ではありません。

数多くのエネルギー効率ソリューションの中でも、積層造形技術は最も代表的な選択肢の 1 つです。特に交換部品やスペア部品に関しては、ますます多くの石油・ガス会社が複雑な形状のコスト効率の高い部品を作成するために 3D プリントを採用しています。この記事では、Antarctic Bearがエネルギー業界で3Dプリンティングを応用している市場トップ12メーカーの代表的な事例を紹介しています。具体的な内容は以下のとおりです。
3D Metalforge と Shell が熱交換器部品の製造で協力 世界最大のエネルギー企業の一つであるシェルも、近年積層造形に目を向けている。 3D Metalforgeは2021年末、シンガポールにあるシェルの化学品製造専用拠点であるシェル・ジュロン・アイランドとの提携を発表し、3Dプリントされた熱交換器部品の提供を開始しました。この一回限りの契約は、シェル・ジュロン島のエンジニアが熱交換器チューブ部品の製造リードタイムを短縮したいという願いから生まれたもので、3Dプリント技術の活用によりわずか2週間でこの偉業が達成された。熱交換器チューブ部品は、熱を伝達しチューブの故障を防ぐために凝縮器や熱交換器の入口端に挿入される薄壁チューブであり、石油・ガス産業において重要な部品です。シェル・ジュロン・アイランドは、付加製造技術を適用することで、コスト効率の高い交換部品を迅速に入手し、既存の機器の耐用年数を延ばすことができました。
△写真提供：3D Metalforge
AML3Dの3Dプリント圧力容器
AML3D は、金属 3D プリンター、特に指向性エネルギー堆積 (DED) プロセスを採用した機械を製造するオーストラリアのメーカーです。同社は今夏、米石油会社エクソンモービルとの新プロジェクトを発表した。このプロジェクトでは、 3Dプリント技術を使用して、長さ8メートル、直径1.5メートル、総重量907kgの金属製圧力容器を設計しました。これは、市場で市販されている最大の 3D プリントコンテナであると考えられています。 AML3Dの技術は現在、アルミニウム、チタン、スチール、ニッケル合金と互換性があるため、AML3Dはわずか12週間で部品を製造できると考えています。
△AMLの3D Arcemyシステム△ 動画：AML3Dのワイヤー積層造形技術
AML3D が世界最大の石油・ガスパイプライン部品を開発 AML3D のもう 1 つの典型的な例として、同社は長年にわたり、DED から派生し、電気アークと認定溶接ワイヤを組み合わせた Online Advanced Manufacturing (WAM®) プロセスを使用して大型金属部品を生産することで知られています。 2021 年 11 月、彼らは 3D プリントのハイブリッド製造アプローチを使用して、最大かつ実証済みの金属製石油およびガス高圧パイプライン部品を作成したと考えています。環境、人、安全上のリスクを軽減するために、積層造形法が選択されました。このタイプのパイプラインバルブコア部品が金属 3D プリントされ、独立した圧力テストが実施されるのは世界初です。
△写真提供：AML3D
シェブロンコーポレーション サプライチェーンの問題を解決するために、世界第6位の石油会社であるシェブロンも3Dプリンティングに目を向けた。この目的のために、このアメリカの会社は、溶接、プラズマ切断ソリューション、金属3Dプリントなどの生産ツールの製造を専門とするリンカーン・エレクトリック社のサービスを採用しました。両社は協力して、ニッケル合金製の部品 8 個をオンデマンドで生産するというシェブロンのニーズを満たし、サプライチェーンの遅延を防止しました。
△写真提供：リンカーンエレクトリック
ゼネラル・エレクトリック ゼネラル・エレクトリックも2018年に石油・ガス産業向けの3Dプリンティングを導入した。このアメリカの会社は、ハリエットと呼ばれる、史上最大かつおそらく最も効率的なガスタービンを製造しました。その結果、効率は64%向上しました。 GE は積層造形技術を使用することで、ガスタービンブレード内の冷却経路などの複雑な形状を製造できるようになり、エンジンの燃焼システムの設計も金属 3D プリントで作られた部品を使用して最適化されました。達成された最大の効率は、特に複雑な形状の製造によるもので、これによりエンジニアはタービン自体の空気と燃料の予混合を改善できました。
△写真提供：ゼネラル・エレクトリック
GKN 油圧ブロック GKN のビジネス開発マネージャー兼ディレクターの Ümit Aydin 氏は、GKN が設計業務に積層造形を使用し、積層造形を通じて油圧ブロックサブアセンブリ (アダプターブロック) の重量を 80% 削減できたと報告しました。油圧アプリケーションにおける 3D プリントの使用は、軽量でカスタマイズ可能であるため、従来の製造方法に代わる優れた方法です。この付加製造プロセスと GKN のテクノロジーを組み合わせることで、穴の重なりのリスクなしに、幾何学的設計の自由度が向上します。付加製造法が選ばれたのは、従来の方法ではオイルの流れを最適化するために穴の位置を変更する必要がある場合に新しいツールが必要だったのに対し、付加製造法ではいつでも設計を調整できるためです。
△写真提供：GKN
Markforged が作成したテープパッド
石油・ガス部門における 3D プリントのさまざまな応用例のもう 1 つとして、カナダの総合石油・ガス会社が Markforged に依頼し、グラスファイバーテープパッドを処理できる自動処理マシンの開発を依頼しました。同社がこの取り組みを進めているのは、マットの重量が52～104kgあり、1人で扱うには重すぎるためだ。しかし、マット処理機を所有することで工場の生産量が 15% 増加すると予想されていたにもかかわらず、マット処理機の製造コストが高すぎました。代わりに、彼らは Markforged Mark Two と連続ファイバー 3D プリントを利用して、低コストでマシン用のカスタム部品を作成しました。最終的に、同社は 27,000 カナダドルを節約し、パイプライン以外の石油やガスへの応用も示しました。

MX3D の 3D プリントパイプクリップ 積層造形企業MX3Dは、2021年後半に石油・ガス業界向けに3Dプリントされたパイプクランプを開発しました。この部品は、MX3D、TeamIndustries、TiaT の共同で製造およびテストされました。 MX3D のロボットによるワイヤアーク積層造形 (WAAM) プロセスを組み込んだハイブリッドアプローチが採用されました。 3D プリントされたパイプクランプは、高い安全性がテストされ、認定されており、WAAM が石油およびガス分野でどのように使用できるかを実証しています。
△写真提供：MX3D
PGV オイルツールとデスクトップメタル カーンズに拠点を置く PGV Oil Tools は、30 年以上にわたってダウンホール石油ツールの設計と製造を行っている製造会社です。このテキサス州の会社は 1983 年に設立され、石油・ガス、航空宇宙、ロボット工学、自動化など、さまざまな業界向けの機器を製造してきました。同社は、CNC加工などの従来の製造方法に依拠しながらも、金属3Dプリントを適用し、革新的な積層造形技術をフル活用することを決定しました。 PGV は、ダウンホール石油ツールを製造するために、従来の方法よりも低コストかつ短時間でツールを製造できるデスクトップメタルショップシステムを選択しました。さらに、3D プリント技術の使用により、生産時の廃棄物を削減することもできます。
△PGV3Dで印刷された金属石油・ガス部品。写真提供：Desktop Metal △ビデオ：金属3Dプリント技術は、石油・ガス用途のダウンホールツールの製造に使用されています
スペースパーツ3Dとオシアン
Spare 3D 社と Ocyan 社の 2 社は、石油・ガス業界における付加製造を加速するために協力しています。オフショア石油・ガス産業向けソリューションを提供するブラジルの企業 Ocyan は、積層造形用部品のデジタル在庫管理を専門とするパリに拠点を置くフランス企業 Spare 3D に協力を依頼しました。同社は包括的な DigiPART ソフトウェアを使用しており、これにより遅延、リードタイム、最小注文数量、在庫レベルを削減し、スペアパーツ製造における積層造形の使用を促進できます。彼らはこのソフトウェアをスペアパーツのサプライチェーンに統合することができました。これは同社が設立した最初のセクションであり、スペアパーツの積層造形の採用パスを開発するための共通フレームワークも作成します。両社間の作業には、Ocyan の在庫にある 17,000 個の部品を分析し、積層造形法を使用した生産の可能性を評価することが含まれていました。その結果、分析された全部品のうち 11% が実行可能な部品となりました。
△写真提供：Spare Parts 3D
Vallourec と Total がオフショア部品を 3D プリント
2021年5月、フランスのパートナー企業であるVallourec社とTotal社は、北海で3Dプリントされたウォータージャケットの設置に初めて成功したと発表した。念のためお伝えしますが、ウォーターブッシングは、建設中に井戸からの石油やガスの流れを遮断するために石油およびガス掘削業界で使用されるコンポーネントです。したがって、これは現場で作業する人々の安全を確保する上で重要な要素となります。そのため、2 つのフランスのグループは、積層造形、具体的には WAAM プロセスを利用して、高さ 1.2 メートル、重量 220 キログラムのコンポーネントを設計しました。これは、重量を 50% 削減することになります。
△ウォータージェットの伝統的なデザイン（写真提供：Vallourec）
Velo3DとDuncanMachine Productsが石油・ガス産業向けに提携
2020年、積層造形装置メーカーのVelo3Dは、石油・ガス業界の大手企業であるDuncan Machine Products（DMP）との提携を発表しました。高精度の機械加工サービスの提供に特化した DMP は、石油・ガス業界や航空宇宙業界への主要サプライヤーです。 2020 年第 2 四半期に、DMP は、Flow™ プリプレスソフトウェア、Sapphire® 3D プリンター、Assure™ 品質管理ソフトウェアを含む完全な Velo3D システムを納品しました。「金属付加製造は、複雑なエンジニアリング要件を考慮すると、石油・ガス業界に適したプロセスです」と、Velo3D の CEO 兼創設者である Benny Buller 氏は述べています。 DMP は、この金属 3D 印刷ソリューションにより、高まる市場の需要に応えるとともに、最終部品の生産量を増やし、納期を短縮することを目指しています。

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