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释疑:中石化为什么要做3D打印?

发布时间: 2015-01-23 07:02 来源: 宁波经济商情网 作者: 网络 点击: 我要评论 条评论)

新闻背景:《傅成玉布局“新”中石化:探索3D打印业务》

一、什么是3D打印技术?

3D打印技术亦被称为“增量制造”(AdditiveManufacturing),是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料等技术的基础上集成发展起来的一项数字化制造技术,其采用“分层制造,逐层叠加”的原理直接将设计模型转化为三维实体,由传统制造的“去除法”转变为“增长法”,使产品设计、制造的周期大大缩短,产品开发的成本大大降低,由于具有广泛的应用市场而受到市场关注。

工程塑料是当前应用最广泛的一类3D打印材料,石化行业由于兼具3D打印供需方的角色,是推动3D打印业发展的主要支柱。

二、3D打印现在有市场么?

美国关于3D打印的Wohler报告显示:2013年全球3D打印产品和服务市场产值达30.7亿美元,比上年增长34.9%。在3D打印应用方面,消费商品和电子领域仍占主导地位,航空器制造和医学应用是过去几年增长最快的应用领域。在设备拥有量上,美国占全球的38%,中国继日本和德国之后,以约9%的份额占第4位。

三、3D打印为什么和石油有关?

3D打印技术的核心技术包括打印材料和打印设备。与设备研发相比,材料的研发难度更大。3D打印不仅是一场制造革命,也是一场原材料革命(基于此,我修正了石油行业未来成长空间有限的认知)。石油化工行业既能生产合成树脂、塑料等3D打印所需要的原材料,同时石油机械、化工装备的制造与修复也是3D打印的应用行业之一。

石化产业是3D打印材料的支柱。目前大部分已知的可用于3D打印的塑料耗材都是通过石油提炼的。3D打印所用的原材料都是专门针对3D打印设备和工艺而研发的,其形态一般有粉末状、丝状、层片状、液体状等。3D打印所使用的石油化工类原材料主要包括工程塑料、光敏树脂等。

从应用来看,3D打印技术目前虽然在制造石油机械零部件方面还处于尝试阶段,但该技术在石油及石化领域的应用前景非常广阔。

随着钻井环境变得越来越差,如钻井的超深水区,3D打印对于石油工业将变得更加重要,3D打印技术可让工程师实现复杂的设计以应对极端环境所带来的种种挑战。

四、都有哪些材料可以用于3D打印?

工程塑料是当前应用最广泛的一类3D打印材料,常见的有ABS、PC、尼龙类材料等。近年来欧美及国内公司已研发应用了各种类型的材料:如以色列Objet公司开发的类ABS树脂材料及名为VeroClear的清晰透明材料;3D Systems公司生产的注塑材料VisiJetM3Black,Taulman3D的尼龙聚合物打印材料taulman645;Orbi-Tech公司的打印丝材BendLay;比利时公司MaterialiseNV的新型聚氨酯材料TPU92A-1等。

国内研究3D打印材料的单位比较少,比较突出的有:北京航空航天大学对短切玻璃纤维增强ABS复合材料进行了一系列的改性研究;北京太尔时代公司通过和国内外知名的化工产品供应商合作,推出高性能FDM成型材料ABS04;华中科技大学研究了改性聚苯乙烯支撑材料;兰州化物所通过在3D打印树脂中加入引发剂实现引发剂集成型3D打印。

五、都有哪些石化公司进入了3D打印领域?

在石油化工设备及零部件制造领域:ExOne的3D打印产品2012年应用在能源石油天然气领域的收入占其总收入的13%。通用电气公司(GE)开始尝试用3D打印技术生产燃气涡轮机的零部件金属燃油喷嘴,计划到2015年,其燃油喷嘴将全面实现3D打印生产。GE还计划利用3D打印技术来生产可将石油抽到地面的电子潜水泵。

美国石油服务企业哈利伯顿公司也已开始利用3D打印技术生产石油钻探所需的零部件。美国BlueFire设备公司尝试将3D打印技术用于PDC钻头的制造,该PDC钻头采用了特殊设计的喷嘴排列方式,采用3D打印技术完美地实现了这些高复杂度的设计,并大幅提升钻头应对极端环境的能力。

中海油服油田技术研究院的科研人员使用3D打印随钻地层测试器的集成阀座,目前3D打印技术已经成功应用于该研究院的多个科研项目中。3D打印技术已成功打印出球靴等橡胶制品,但距离规模生产尚有很大距离。

在零部件维修领域:GE正使用3D打印技术为石油和天然气领域的大型企业提供零部件维修服务,如齿轮、结构件、外壳,甚至一些空气动力学叶片等,都可以用3D打印技术进行维修;

国际石化公司看到了3D打印材料市场带来的巨大商机,纷纷介入3D打印行业:杜邦公司推出商业化树脂Somos系列用于3D打印;巴斯夫开始全面介入3D打印行业,成立了全球3D打印研发部门,目前与湖南华曙高科签订了技术合作协议,联合开发世界上最新型SLS打印设备及材料,并计划在中国建立3D打印材料制造基地;韩国LG公司与世界第二大3D打印公司Stratasys协商供应高附加合成树脂ABS。

因此,3D打印以其制造原理的优势成为具有巨大发展潜力的制造技术,石化企业由于兼具3D打印供需方的角色,对需求理解更深刻,同时又拥有资金和多种技术储备的综合优势,应密切关注3D打印发展动向,适时进入该领域,抓住机遇,在新一轮技术革命中赢得主动。

(作者魏寿祥,来自中国石油石化研究院)

(责任编辑:单刀)
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