Im letzten Jahr auf den Additive Manufacturing Strategies (AMS) haben wir einen gesamten Vormittag der dreitägigen Messe dem DED gewidmet, und zwar speziell Druckbehältern. Für viele sind Druckbehälter eine eher obskure 3D-Druck-Anwendung. Für uns sind sie jedoch absolut unverzichtbar für Anwendungen in Öl & Gas, Kernenergie, Raketen, Wasserstoff, industrieller Energie und Unterwasserstrukturen. Ein großer Teil jeder neuen Energieinfrastruktur, welchen Weg sie auch einschlägt, wird viele Druckbehälter verwenden. Und mit DED können wir riesige davon zu relativ geringen Kosten herstellen. Wir können sie zudem nach Vorgaben testen und sie können bestehen, was einen sichereren Adoptionspfad für Ingenieure und das Management bedeutet. Dieses Bestehen und Durchfallen fehlt uns bei anderen Teilen, wie Komponenten unter Ermüdungsbelastung, stark.
Es ist also offensichtlich, dass das Department of Energy (DOE) Oak Ridge National Lab und das Idaho National Laboratory (INL) Interesse an Druckbehältern zeigen würden. Tatsächlich hat die frühere Arbeit von ORNL mit Lincoln Electric zu dem Service dieses Unternehmens bei der Herstellung von Druckbehältern geführt. In der Zusammenarbeit mit ARC hat ORNL einen Weg zur Digitalisierung der Energieinfrastruktur eröffnet, und seine Arbeit mit GKN hat dazu geführt, dass dieses Unternehmen Luftfahrt-DED-Teile herstellt. Tatsächlich wurden die ersten Schritte zu DED von Westinghouse-Ingenieuren im Jahr 1920 unternommen und 1925 wurde ein Patent erteilt, die Baker-Methode zur Herstellung dekorativer Artikel.
Als frühes Beispiel für DED war die Erfindung zudem eine bemerkenswert präzise Darstellung des gesamten Aussehens und Gefühls von DED-Teilen. Und DED verwendet tatsächlich noch immer „ornamentales Lichtbogenschweißen, besonders zur Nutzung einer elektrischen Ader, wie sie üblicherweise beim Elektroschweißen eingesetzt wird, zur Bildung von Ablagerungen zur Herstellung von Behältern oder Gefäßen ornamentaler und nützlicher Formen.“ Jetzt gehen wir etwas über das reine Ornamentale hinaus, aber sehr vorausschauend. Und die erste Bewegungsstufe in DED war ein Typ namens Ralph. Später entwickelte Sandia, das einzige US-Nationale Labor nach einer Melone benannt, LENS, was bedeutet, dass DED von Anfang an mit dem US-Energie-Establishment verflochten war.
ORNL und INL wollen die Arbeit an Wire-Arc-DED (WAAM) für Druckbehälter weiterführen. Ziel ist es, die Qualität zu verbessern und noch größere Dinge zu fertigen. Wie wir von Lincoln Electric hörten, können sie bereits riesige Komponenten herstellen, die tausende Pfund wiegen, sodass die Manufacturing Demonstration Facility (MDF) an ziemlich großen Teilen arbeitet. Die beiden Labore werden KI einsetzen, um die Druckbehälter zu fertigen.
Shannon Bragg-Sitton, Associate Laboratory Director für Energy and Environment Science and Technology am Idaho National Laboratory, sagte:
„INL und seine Industriepartner werden die Entwicklung neuer Reaktordesigns, Komponenten und Fertigungsverfahren beschleunigen, indem sie KI-Werkzeuge, wie jene, die unter Prometheus entwickelt wurden, einsetzen, um die kommerzielle Einführung und den Einsatz von Kernenergie zu unterstützen und den wachsenden Bedürfnissen amerikanischer Gemeinden, Hersteller und KI-Rechenzentren gerecht zu werden.“
Robert Wagner, Associate Laboratory Director für Energy Science and Technology am ORNL, erklärte:
„Die einzigartige Stärke von ORNL liegt in unserer Fähigkeit, weltklasse Wissenschaft mit den Möglichkeiten der Manufacturing Demonstration Facility zu verbinden, um Innovationen von der Forschung in reale Anwendungen zu überführen. Durch die Zusammenarbeit mit der Industrie zur Demonstration, Validierung und Qualifizierung fortschrittlicher Fertigungstechnologien können wir Risiken reduzieren, die Einführung beschleunigen und die heimischen Lieferketten stärken, die für Amerikas energetische Zukunft unverzichtbar sind.“
Ursprünglich fertigte das Team ein 3 ft × 5 ft großes Kernteil aus Stahl mit der Multi-WAAM-Plattform MedUSA und drei Druckköpfen. Sie stellten zudem Neutronensensor-Halterungen für Antares Nuclear’s R1 Mark-0 Mikroreaktor her.
ORNL-Leitforscher Patxi Fernandez-Zelaia erklärte:
„Wir möchten druckqualifizierte Druckbehälter-Komponenten erreichen, indem wir während des Drucks gesammelte Daten nutzen, um ihre Eignung für extreme Umgebungen sicher zu beurteilen.“
Während Jorgen Rufner, Gruppenleiter für Advanced Manufacturing am INL, sagt:
„Mit diesem Projekt bündeln wir das Fachwissen beider Labore, um KI und Data Science mit fortschrittlichem 3D-Druck zu integrieren, sodass wir die Leistung eines Bauteils in Echtzeit bewerten können, während es gedruckt wird, anstatt auf nachträgliche Tests zu warten.“
Jetzt lohnt es sich, das „Oakridgese“ ein wenig zu entpacken, denn ORNL arbeitet an etwas völlig Erstaunlichem. Sie wollen Sensoren, KI, Simulation und leistungsstarke Computer nutzen, um neue Artikel zu erstellen, die alle Umwelt- und Design-Beschränkungen berücksichtigen, wobei Maschine, Material und Physik selbst so weit integriert werden, dass ein qualifiziertes Produkt bereits beim ersten Druck entstehen kann. So wandelt sich das Ganze von einer Black-Box zu vollständig nachvollziehbar. Das wird die DED-Einführung erheblich beschleunigen, weil es die Produktionsgeschwindigkeit erhöht und Entwicklungszeit sowie Fehler massiv reduziert.
ORNL und INL arbeiten hier an beeindruckender Technologie. Und die Herausforderungen müssen enorm sein. Aber wenn Sie im DED-Bereich aktiv sind, sollten Sie sofort zur MDF gehen, denn das könnte eine wirklich wettbewerbsfähige, marktverändernde Technologie werden, sobald sie auf den Markt kommt.