Des chercheurs américains sont les premiers au monde à imprimer en 3D des aubes de turbine à vapeur

Des chercheurs américains sont les premiers au monde à imprimer en 3D des aubes de turbine à vapeur
Table
  1. Innovations en impression 3D : De nouvelles perspectives pour les composants critiques
    1. Défis et solutions dans la chaîne d'approvisionnement
    2. Technologie innovante dans la fabrication
    3. Élargir la portée pendant la pandémie
    4. Améliorations des matériaux et de l'évaluation des performances
    5. Réduction du temps de production
    6. Défis et avantages de l'impression 3D
    7. Collaboration et assistance


Les chercheurs de l'ORNL, en collaboration avec Siemens Tech, ont franchi une étape importante en imprimant en 3D de grandes aubes de turbine à vapeur.

Innovations en impression 3D : De nouvelles perspectives pour les composants critiques

Récemment, des chercheurs du laboratoire national d'Oak Ridge du ministère américain de l'Énergie, en collaboration avec Siemens Technology, ont franchi une étape importante dans le domaine de l'impression 3D : fabrication de grandes aubes de turbine à vapeur pour la production d'électricité dans les centrales électriques.

Cette réalisation démontre que la fabrication additive à l'arc filaire est viable pour la production évolutive de composants critiques dépassant 11 kg, une méthode alternative aux techniques traditionnelles de coulée et de forgeage, qui se sont largement répandues à l'étranger.

Défis et solutions dans la chaîne d'approvisionnement

Michael Kirka, responsable du groupe Science et technologie des dépôts à l'ORNL, souligne la difficulté d'obtenir des pièces moulées et des pièces forgées en faible volume dépassant 45 à 90 kg sur le marché intérieur. Ceci, associé aux conflits internationaux affectant le mouvement des approvisionnements essentiels, place l’industrie dans une position difficile.

Technologie innovante dans la fabrication

La technique de fabrication additive à arc filaire utilise un arc électrique pour faire fondre du fil métallique, contrôlé par un bras robotisé, créant ainsi de fines couches qui forment progressivement la pièce souhaitée. La pièce est ensuite usinée pour répondre aux exigences de conception finale. Cette technologie, développée en collaboration avec Lincoln Electric, facilite également la réparation des pièces existantes, offrant à des entreprises comme Siemens Energy la possibilité d'entretenir et de mettre à niveau leurs équipements dans le cadre de contrats de service avec des compagnies d'électricité.

Élargir la portée pendant la pandémie

Initialement axé sur la réparation de composants, le projet a élargi sa portée pendant la pandémie de COVID-19. Compte tenu du retard de deux ans pour obtenir de nouvelles aubes de turbine à vapeur en fonte, il a été décidé d'imprimer des pièces de rechange complètes, s'adaptant aux différents types de centrales électriques.

Améliorations des matériaux et de l'évaluation des performances

Les chercheurs de l'ORNL ont expérimenté des matériaux et développé de meilleures méthodes pour évaluer les performances mécaniques des pièces imprimées. La grande réussite a été la fabrication d’une aube de turbine à vapeur en acier allié, point culminant de ces efforts.

Réduction du temps de production

Selon Anand Kulkarni de Siemens Technology, la possibilité de scanner la pièce pendant la construction a fourni des informations précieuses pour réduire le temps de production. Alors que le délai de livraison pour les grandes fonderies et forges est tombé à sept ou huit mois, ORNL a réussi à imprimer la lame en 12 heures, la réalisant en deux semaines, usinage compris.

Défis et avantages de l'impression 3D

L'impression de pièces volumineuses et lourdes présente des défis, tels qu'un refroidissement lent et une sensibilité à la vitesse et à l'ordre de dépôt des couches. Cependant, l’impression 3D offre des avantages significatifs, tels que l’indépendance par rapport aux outils de fabrication spécifiques et la possibilité de reproduire n’importe quelle conception.

Collaboration et assistance

Ce projet, financé par le Bureau de l'énergie fossile et de la gestion du carbone du DOE, comprenait une collaboration avec plusieurs chercheurs de l'ORNL. L'aube de turbine à vapeur a été imprimée au centre de démonstration de fabrication du DOE, soutenu par l'Office of Advanced Materials and Manufacturing Technologies, qui fait partie d'un consortium national travaillant avec l'ORNL pour innover dans la fabrication américaine.

Via www.eurekalert.org

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