L’impression 3D métal pour l'industrie lourde

À propos de l'industrie lourde

L'industrie lourde est un secteur unique qui nécessite généralement d'énormes investissements en capitaux pour produire une faible quantité de grosses machines. Dans cette catégorie, on retrouve les industries œuvrant dans le traitement chimique, le pétrole et le gaz, la construction navale, les chemins de fer et l'exploitation minière.

Le défi

Les pièces produites pour l'industrie lourde sont généralement fabriquées en petit nombre et sont conçues sur commande pour des applications et des clients spécifiques, ce qui rend les méthodes de production de masse - comme le moulage, le forgeage, le moulage par injection de métal et autres - peu pratiques. De même, leurs faibles volumes se traduisent généralement par de longs délais et des coûts élevés.

Étant donné que les machines de l'industrie lourde sont grandes et coûteuses, elles devraient avoir une longue durée de vie. Cela signifie que les pièces peuvent être remplacées des années après leur première fabrication, obligeant les entreprises à suivre et à entretenir l'outillage afin que les pièces puissent être produites au moment voulu et à la quantité souhaitée. L'alternative serait d'entreposer un vaste inventaire de pièces de rechange, ce qui entraînerait une multitude de problèmes logistiques.

Étant donné qu'un grand nombre de pièces utilisées dans l'industrie lourde sont personnalisées, leur fabrication nécessite souvent des outils et une programmation CNC personnalisés, ce qui rallonge davantage les délais et augmente les coûts d'ingénierie non récurrents (NRE). Il en va de même si la pièce était sous-traitée à une fonderie.

La solution

Lorsqu’un faible volume de pièces hautement personnalisées est nécessaire, l'élimination du besoin d'outillage simplifie considérablement la production. Que vous ayez besoin d'imprimer 1 ou 100 pièces, le coût par pièce et le délai de livraison restent les mêmes. Les utilisateurs téléchargent simplement les conceptions sur l'imprimante et les pièces métalliques sont prêtes à être installées en quelques jours. Ceci rationalise le processus de fabrication pour une grande variété de pièces à un volume variable. 

Metal 3DP rajoute une valeur significative à la fabrication de pièces de rechange. Plutôt que d’aménager un grand entrepôt avec un outillage complet et de faire un inventaire de pièces à chaque fois qu'un remplacement est nécessaire, les entreprises de l'industrie lourde peuvent simplement créer des entrepôts numériques pour stocker des fichiers accessibles n’importe où et à tout moment où des pièces sont nécessaires. Cela réduit considérablement les coûts et les délais de fabrication des pièces de rechange.

Lorsqu'un outillage est nécessaire pour fabriquer des pièces via des méthodes traditionnelles, cela entraîne une augmentation significative du coût des pièces et du délai d'exécution. Par exemple, l’outillage personnalisé pour l'usinage CNC doit être conçu et fabriqué par un opérateur hautement qualifié et dédié avant que l'usinage de la pièce à proprement parler puisse commencer.

Cependant, avec la fabrication additive métallique, les utilisateurs peuvent simplement exporter leurs données CAO, les télécharger sur l'imprimante et, en appuyant sur quelques boutons, leur pièce finale est prête en quelques jours. Le processus réduit considérablement la charge de travail de l'opérateur, le délai de fabrication et le coût des pièces, tout en évitant les longs délais de la fonderie et les goulots d'étranglement de l'atelier d'usinage. Ceci accélèrera considérablement l'efficacité de la fabrication.

Un équipement de forage Master

Basé à Johannesburg, en Afrique du Sud, Master Drilling fabrique de grandes machines, dont la plupart sont utilisées par le secteur minier, pour forer à des kilomètres au fond de la terre. Beaucoup de leurs foreuses comportent un train épicycloïdal attaché à un moteur électrique, qui est attaché, à son tour, au foret.

Quand un problème a forcé Master Drilling à remplacer la roue solaire en un train d’engrenages, les ingénieurs ont essayé de s'approvisionner en pièces auprès d'une fonderie en Chine. Cette dernière leur a dit que le travail prendrait trois mois - un retard inacceptable pour l'entreprise, qui avait besoin d’avancer et démarrer rapidement.

Avec le Studio System, les engrenages ont été imprimés, déliés, frittés, post-usinés et cémentés en seulement 3 semaines. En utilisant le traitement thermique de l'engrenage, ils ont pu augmenter la dureté de celui-ci jusqu'à 43 HRC, laquelle a ensuite été portée à 64 HRC par nitruration au plasma. Master Drilling a pu réduire le délai de 3 mois à 3 semaines et remettre la foreuse en service beaucoup plus rapidement qu'avec la fabrication traditionnelle.

Atomiseur UHT

Etant l’un des principaux fournisseurs de systèmes de contrôle des émissions et de combustion à air pur, John Zink Hamworthy Combustion a récemment lancé un projet de re-concevoir l'atomiseur UHT pour un pétrolier de gaz naturel liquéfié (GNL).

L'atomiseur original avait une rotation du brûleur de 15:1 en cas de faible charge. C’est comme faire des manœuvres autour du port ou se déplacer lentement. Ceci entraîne un gaspillage de carburant.

Pour créer ces nouveaux atomiseurs, les ingénieurs et concepteurs de JZHC se sont immédiatement tournés vers la fabrication additive. En utilisant le Studio System, ils ont pu produire rapidement des prototypes fonctionnels d'un nouveau design d'atomiseur avec des caractéristiques - comme des canaux complexes et des trous de forme irrégulière - qui seraient impossibles à produire avec une fabrication traditionnelle, mais qui sont très faciles à imprimer.

Cela a considérablement amélioré le mélange air-carburant dans les brûleurs, permettant aux navires de réduire la quantité de carburant qu'ils brûlaient. Le résultat final était un nouvel atomiseur qui avait un taux de rotation du brûleur radicalement amélioré de 25:1, une amélioration de 67% par rapport à la conception précédente. Avec le nouveau brûleur en service, les clients pourraient réaliser des économies de carburant de 90 000 $ à 160 000 $ par an.

La fabrication additive métallique a permis de prototyper plusieurs itérations de l'atomiseur UHT avant de sélectionner la conception finale.

Outil de glissement fond de puits

Composant essentiel dans les industries pétrolière et gazière, cet outil de glissement en fond de puits est utilisé pour un ajustement par friction entre un bouchon de fracturation et un tuyau préexistant.

La pièce a été prototypée sur le Studio System pour tester différentes géométries de face. Ceci a pour but d'optimiser l’ajustement pour différents scénarios de pompage. Grâce à l’impression en métal, la géométrie pourrait être testée fonctionnellement pour ses performances, et pas seulement pour sa forme et son ajustement.

La pièce est consommable et doit être fraisée hors du tuyau une fois le pompage terminé. Il est donc essentiel de maintenir le coût et le délai de livraison le plus bas possible. Une fois la conception terminée, cette pièce peut être produite en série sur le Shop System, ce qui réduit considérablement le coût de la pièce et accélère le délai de fabrication.

Buse de pulvérisation

Cette pièce est une buse de pulvérisation personnalisée utilisée dans le traitement chimique.

Bien que normalement coulée, une procédure suivie par des opérations d'usinage secondaires étendues, cette pièce devait être produite à une quantité d'environ 300, ce qui en fait un exemple parfait pour le Shop System ™. En imprimant les buses, toute la commande pouvait être produite en moins d'une semaine et ne nécessitait qu'une seule opération de taraudage secondaire.

En fonction de l'opération chimique, différentes formes de buses peuvent être nécessaires - puisque l'impression 3D élimine le besoin d'outillage. La buse peut être modifiée à la demande et imprimée pour se conformer à chaque processus.

Pignon de pompe à huile

Il s'agit d'un pignon destiné à une pompe utilisée pour le pompage de fluides pétroliers et gazeux visqueux.

Cette pièce présente une géométrie complexe qui serait très difficile à usiner ou qui nécessiterait un investissement important en temps et en capital pour produire des outils de fabrication via le moulage par injection de métal (MIM).

Avec le Shop System, ce pignon peut être produit à la demande sans aucun investissement en outillage, ce qui réduit considérablement à la fois le coût des pièces et le délai de fabrication. Étant donné que l'impression ne nécessite aucun outillage, la conception du pignon peut être facilement modifiée pour s'adapter à d'autres fluides. Il vous suffit de changer le modèle CAO et d'envoyer la nouvelle conception à l'imprimante.