康菲石油：为增材制造提供案例

        增材制造（AM）技术代表了各行各业的未来。许多人已经将增材制造作为其日常运营的重要组成部分，而其他人刚刚开始尝试这种革命性的技术。在石油和天然气行业以及阀门制造行业，AM 开始首次亮相。虽然并非没有障碍，但这项技术非常有前途。

        Valve World Americas 有幸与全球生产阀门工程师 Carlo De Bernardi 进行了交谈，了解了全球最大的独立勘探与生产公司之一康菲石油公司（ConocoPhillips）如何将增材制造作为其未来计划的重中之重。

        Carlo De Bernardi 的职业道路充满曲折，使他不仅是阀门方面的专家，而且在适应性方面也是专家。按学位计算，他是一名土木工程师，但在康菲石油，他的重点更集中在机械工程上。20多岁时，De Bernardi 想去旅行，并于2001年在斯伦贝谢旗下的 Cameron 公司安顿下来，该公司位于意大利北部的家乡附近，是世界上最大的阀门制造工厂之一。这个角色承诺他的工作将涉及旅行，这就是说服他开始在阀门行业的职业生涯的原因。“一旦你进入阀门行业，就没有出路了。” 他说。他在 Cameron 工作了十多年，之后于2013年被康菲石油公司聘用。

        适应茁壮成长
        De Bernardi 现在是康菲石油公司的长期员工，在全球生产部门工作，专注于阀门。在日常工作中，De Bernardi 的一半职责都集中在支持运营、支持项目、管理批准的供应商名单，当然还有解决所有与阀门相关的问题。虽然他喜欢支持不同的项目，但 De Bernardi 承认这可能会带来很大的压力，特别是在当前的全球气候下：

        “我们生活在这样一个不断变化的环境中，这变得压力很大，因为我们必须不断适应。我想说，适应性不仅是生存的关键，也是在这种环境中成长的关键。”

        除了专注于阀门之外，De Bernardi 还花了大部分时间从事增材制造。“我会说，我大约50%的工作是阀门支持。另一半专注于增材制造。” 他解释道。De Bernardi 大约六年前首次开始研究增材制造，此后这已成为他的主要关注点。


        增材制造：有哪些可能性？
        De Bernardi 率先创建了 API 标准 20S 工作组，该工作组完全致力于研究和试验“用于石油和天然气行业的增材制造金属部件”。De Bernardi 是康菲石油对增材制造未来最有力的倡导者之一，因为在他看来，这项技术的潜力非常巨大。

        根据 ISO/ASTM 标准，有七种不同类型的添加剂技术。当被问及他认为哪些增材制造技术最有前途的石油和天然气冶金时，De Bernardi 回答说，有三种特定的技术是常用的方法：粉末床聚变（PBF），定向能量沉积（DED）和粘合剂喷射（BJT），见下文。

        PBF、DED 和 BJT
        在 PBF 中，粉末金属使用能量源（通常是激光或电子束）熔合在一起。PBF 是最常用的技术之一，因为它非常可控且非常精确;它的主要限制是打印速度和可以打印的产品尺寸。在定向能量沉积中，金属粉末或金属丝被送入由激光或电子束在类似于焊接的过程中产生的熔池中。

        它是一种机器人类型的焊接，比传统的机器人焊接更受控制，但基本概念是相同的。虽然实际上在尺寸上没有限制，但这种类型的技术在分辨率方面存在限制。最后，粘合剂喷射是最新的技术，涉及硬质金属的 3D 打印。沉积在粉末状金属或砂上的粘合剂形成几何形状，然后通常进行烧结以融合粉末。

        按需生产
        “如果石油和天然气行业的技术发展继续下去，我们可以期望以这种方式生产的物体具有更好的质量，更高的可重复性和更低的成本。” De Bernardi 说道。尽管航空航天业目前在增材制造市场处于领先地位，但石油和天然气行业的潜在成本效益将是巨大的。

        “我感到兴奋的一个主要潜在改进点是 3D 打印可能对当前供应链问题产生的影响。目前，供应链是线性的，但随着增材制造的发展，它可能成为循环的，因此制造商和消费者更容易获得。如果你想到一个打印床，那就是所有打印都发生的区域，你不需要打印100个相同的物体来达到任何类型的效率，你可以同时打印20个不同的物体，只是为了优化打印床;这在传统制造业中是行不通的。” 他解释道。

        这种 3D 打印系统将使公司能够最大限度地减少库存的物理备件数量，因为他们将能够按需生产必要的零件并接近利用率。

        作为行业学习
        特别是对于阀门，许多制造商已经开始 3D 打印其控制阀的控制元件。从制造的角度来看，一些阀门的铸件非常复杂，因此每次必须铸造多个部件并将它们连接在一起时，这是一项耗时且昂贵的任务。通过增材制造，您可以将许多组件组合在一起。“投资像 3D 打印这样的新技术并不是真正投资于机器，而是投资于知识。” Carlo 说道。

        3D 打印技术对于石油和天然气行业来说也是相对较新的，对于像康菲石油这样的公司来说，这意味着在这项技术以任何有意义和大规模的方式实施之前，需要广泛的测试和质量控制措施。3D 打印材料与锻件和铸件之间的主要区别之一是锻件和铸件在机械性能方面是各向异性的，而大多数材料是各向同性的。“过滤和分析数据是关键。现在，作为一个行业，我们正在学习如何做到这一点。” De Bernardi 说道。

        标准化是关键
        鉴于标准化是石油和天然气以及阀门行业的主要目标之一，人们可以理解增材制造同时带来的独特潜力和挑战;铸造和锻造以稳定的速度发展，使整个行业的标准化相对简单。

        另一方面，增材制造技术发展非常快，使标准化更具挑战性。“一台工业金属 3D 打印机可能要花费数百万美元。可以理解的是，一些公司对用他们可能认为数据不足的数据进行这种投资犹豫不决。” De Bernardi 解释说。

        “标准化是保持公司高效运转的关键，也是确保产品一致性和可靠性的关键。阀门是我们作为一个行业通过 3D 打印的标准化镜头进行评估的首批应用之一。”


        更多现场试验
        解决用户犹豫不决的唯一方法是实际利用该技术。“我建议进行更多的现场试验。通过数据分析和进一步测试，康菲石油希望找到一种方法来规避 3D 打印的这些障碍。”

        一些增材制造的数据分析和测试已经在康菲石油公司进行。康菲石油阿拉斯加团队最近安装了节流阀笼，这是用于注水井的流量控制装置。“他们发现了许多被 OEM 淘汰的节流阀。解决方案是用由铬镍铁合金718制成的 3D 打印阀笼改造现有的阀体。我们将能够通过优化的设计延长节流阀的使用寿命。使用增材制造，工程师能够解决问题，而无需采购，定位和购买全新的阀门。”

        展望未来
        根据 De Bernardi 的说法，天空是增材制造行业即将到来的极限。他认为，首先，这项技术可以使运营商和制造商都受益：“作为运营商，我们需要我们的制造商，我们不想做他们的工作。但是，我们希望使我们的制造商能够使事情变得更好。增材制造可以使控制阀更加高效，因为可以制造传统制造无法实现的几何形状;它还使新产品的原型设计能够更快。增材制造消除了人为错误的余地，因为你不是把东西焊接在一起。” 他解释说。

        围绕“数字库存”的概念，业界有很多令人兴奋的事情，可以概括为生态系统，通过授权的设备 OEM 和增材制造商网络实现备件的准时制造。这种方法将促进增材制造技术在我们行业的采用，并通过大幅减少传统供应链模式的低效率，使各方受益匪浅。De Bernardi 预计 3D 打印将在几年内广泛传播。“这是需求和技术时间的结合，做测试然后收集和分析数据。一旦这些数据被汇编，增材制造在行业中的未来肯定是光明的。” 他总结道。

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