Sulzer crée un processus de fabrication additive hybride pour minimiser les délais sur les composants

16.12.2020
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Les entreprises impliquées dans la production de pétrole et de gaz détiennent des stocks de pièces pour minimiser les temps d'arrêt, en particulier lorsque des actifs critiques pour les processus sont impliqués. Avec autant de capital investi dans les pièces, toute stratégie qui permettrait de réduire ce chiffre sans compromettre la fiabilité et la productivité mérite un examen approfondi. La possibilité de créer des composants complexes, tels que des roues de pompe, en quelques jours seulement, peut réduire considérablement les coûts d'inventaire.
Sulzer crée un processus de fabrication additive hybride pour minimiser les délais sur les composants

La tête de dépôt de métal laser de pointe (Source de l'image: Sulzer Ltd.)

Les systèmes de pompage sont au cœur du déplacement des matières premières ainsi que du produit fini et de nombreux processus intermédiaires. Ainsi, les pompes de secours sont conservées ainsi que les pièces de rechange, telles que les roues. Maintenant, il y a une opportunité de réduire ce stock. La technologie de fabrication a franchi une étape importante après l'achèvement de la validation et de la fabrication des pièces d'essai. La technologie intègre le dépôt de métal au laser et l'usinage de précision. La fabrication additive (FA) utilisant cette technologie peut créer des pièces finies dans une seule machine, ce qui réduit considérablement les délais.

Développement de la technologie
Chevron et Sulzer souhaitaient développer leur partenariat afin de réduire les stocks de pièces et d'améliorer la flexibilité.
Dans les années 1990, Sulzer a joué un rôle important dans la création de la technologie de dépôt de métal par laser. S'appuyant sur ce contexte, la société a constamment travaillé pour développer et mettre en œuvre de nouvelles techniques de fabrication additive pour des applications clés.
Aujourd'hui, la société a développé et mis en œuvre une technologie de fabrication additive pour produire de nouvelles roues de pompe de la plus haute qualité, sans outillage. Le projet offre à Chevron la possibilité de réduire les délais de livraison de nouvelles pièces sans compromettre la qualité.

Rassembler l'expertise
Depuis deux ans, Sulzer et Chevron ont mis en place un projet commun. La collaboration implique également d'autres partenaires tels que des fournisseurs d'équipements pour la cellule de fabrication, des fournisseurs de poudre, des organismes d'audit et de certification.
Charles Soothill, responsable de la technologie des services d'équipements rotatifs pour Sulzer, explique: «Ensemble, les équipes ont travaillé pour combiner les capacités des équipements de fraisage CNC 5 axes et de dépôt de métal au laser pour créer ce processus de fabrication additive hybride. Cette combinaison d'éléments additifs et soustractifs permet au nouveau processus d'être plus rapide car les configurations sont évitées. »

Simplifier les géométries complexes
En partant d'une pièce de matériau de base de la qualité et de la qualité requises chargée dans la machine-outil hybride, il est possible d'usiner les géométries les plus complexes de l'œil de la roue. La matière est ensuite ajoutée et usinée de finition tout en restant dans la même cellule. Ce processus permet à Sulzer de créer une qualité usinée finie sur des composants beaucoup plus complexes que ce qui serait normalement possible avec une machine-outil conventionnelle.
En plus de tous les outils de coupe standard qui sont stockés dans le changeur d'outils, il existe également la tête de dépôt de métal laser, qui peut être utilisée pour accumuler du matériau sur la pièce ou le noyau. La machine peut changer rapidement entre les outils de fraisage et la tête laser, un processus qui exigerait normalement que le composant soit repositionné dans une machine séparée.
La technologie additive a également nécessité le développement de nouveaux procédés, utilisant une poudre fine de 50 à 100 µm et un laser. La poudre est fondue par le laser et déposée sur la surface du matériau de base maintenu dans la machine-outil hybride.

Fabrication de turbines hybrides
Les roues de pompe sont des composants complexes à fabriquer, la géométrie interne est trop compliquée pour être créée par une fraiseuse conventionnelle. En commençant par un forgeage, le noyau de la roue peut être usiné à l'aide d'une fraiseuse 5 axes. Ensuite, un matériau supplémentaire est ajouté à l'extérieur de la roue à l'aide d'un dépôt de métal au laser.
L'utilisation d'outils de fraisage signifie que les surfaces hydrauliques internes ont une finition de très haute qualité, bien meilleure que celles obtenues avec un processus de coulée. Le processus d'ajout de matière et d'usinage est répété jusqu'à ce que la roue complète émerge. L'ensemble du processus, qui peut être achevé en quelques jours, est beaucoup plus rapide que la coulée d'un nouveau composant, qui peut généralement prendre 15 à 20 semaines.
Le temps de construction considérablement réduit pour une nouvelle roue signifie que, dans le cas où une pompe nécessite un nouveau composant, la pompe de secours peut être mise en service pendant la fabrication et la livraison de la nouvelle pièce. Bien que ce délai puisse être réduit davantage si nécessaire, le consensus est que quelques jours suffisent pour la majorité des candidatures.

Prouver la théorie
Le travail de développement a maintenant été mis en pratique et appliqué à une application réelle. Chevron dispose d'une pompe CPT de Sulzer fonctionnant avec un fluide corrosif, une application qui nécessite des propriétés de matériau spécifiques pour assurer la durabilité de la pompe. La roue à aubes a été identifiée pour le remplacement et un sujet idéal pour le nouveau processus de fabrication.

À l'aide des dessins de conception originaux, un modèle tridimensionnel a été affiné et un ensemble final d'instructions codées pour la machine de fabrication hybride a été généré. En quelques heures, la nouvelle turbine avait été créée et était prête à être installée.
La nouvelle turbine a été installée dans la pompe et testée d'abord chez Sulzer. Il fonctionne maintenant avec succès depuis son installation sur site en 2019. Sulzer et Chevron sont confiants dans les performances et la durabilité du nouveau composant.

Robert Rettew, directeur de programme, Développement de la technologie des matériaux chez Chevron, commente: «Nous avons travaillé en étroite collaboration avec Sulzer pour développer la technologie et les systèmes nécessaires à la fabrication hybride et maintenant Chevron est le premier client à bénéficier de cette solution de pointe. Il existe une opportunité considérable d'augmenter les applications et d'élargir la gamme des matériaux utilisés dans le processus.

Chevron a un plan stratégique pour tirer parti des technologies nouvelles et innovantes qui peuvent offrir des améliorations pour ses opérations et améliorer son efficacité. L'un d'eux est la fabrication additive. Ce processus est également très important pour les composants qui sont désormais obsolètes, ce qui permet de s'approvisionner en pièces d'actifs patrimoniaux dans un délai court.

Charles Soothill conclut: «Pour Sulzer, l'objectif est d'offrir aux clients le meilleur service possible et, lorsque le temps presse, de fournir la solution dans les délais les plus courts, tout en maintenant les plus hauts standards de qualité. En plus de recevoir rapidement une nouvelle pièce, les clients bénéficient également des dernières normes de conception qui ont bénéficié de décennies d'expérience dans la conception et la fabrication de pompes. »

Source: Sulzer Ltd.

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