3D打印技術(shù)亦被稱為“增量制造”（AdditiveManufacturing），是在現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù)、計算機數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動技術(shù)以及新材料等技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來的一項數(shù)字化制造技術(shù)，其采用“分層制造，逐層疊加”的原理直接將設(shè)計模型轉(zhuǎn)化為三維實體，由傳統(tǒng)制造的“去除法”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;增長法”，使產(chǎn)品設(shè)計、制造的周期大大縮短，產(chǎn)品開發(fā)的成本大大降低，由于具有廣泛的應(yīng)用市場而受到市場關(guān)注。工程塑料是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的一類3D打印材料，石化行業(yè)由于兼具3D打印供需方的角色，是推動3D打印業(yè)發(fā)展的主要支柱。
3D打印技術(shù)是根據(jù)所設(shè)計的3D模型，通過3D打印設(shè)備逐層增加材料來制造三維產(chǎn)品的技術(shù)。美國《時代》周刊將3D打印列為“美國十大增長最快的工業(yè)”，英國《經(jīng)濟學(xué)人》雜志則認(rèn)為它將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動實現(xiàn)‘第三次工業(yè)革命’”。
美國關(guān)于3D打印的Wohler報告顯示，2013年全球3D打印產(chǎn)品和服務(wù)市場產(chǎn)值達(dá)30.7億美元，比上年增長34.9％。在3D打印應(yīng)用方面，消費商品和電子領(lǐng)域仍占主導(dǎo)地位，航空器制造和醫(yī)學(xué)應(yīng)用是過去幾年增長最快的應(yīng)用領(lǐng)域。在設(shè)備擁有量上，美國占全球的38％，中國繼日本和德國之后，以約9％的份額占第4位。
3D打印技術(shù)的核心技術(shù)包括打印材料和打印設(shè)備。與設(shè)備研發(fā)相比，材料的研發(fā)難度更大，而且必須經(jīng)過特殊處理，對材料的固化反應(yīng)速度等也要求很高。3D打印不僅是一場制造革命，也是一場原材料革命。石油化工行業(yè)既能生產(chǎn)合成樹脂、塑料等3D打印所需要的原材料，同時石油機械、化工裝備的制造與修復(fù)也是3D打印的應(yīng)用行業(yè)之一。
石化產(chǎn)業(yè)是3D打印材料的支柱3D打印所用的原材料都是專門針對3D打印設(shè)備和工藝而研發(fā)的，其形態(tài)一般有粉末狀、絲狀、層片狀、液體狀等。3D打印所使用的石油化工類原材料主要包括工程塑料、光敏樹脂等。
工程塑料是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的一類3D打印材料，常見的有ABS、PC、尼龍類材料等。
近年來歐美及國內(nèi)公司已研發(fā)應(yīng)用了各種類型的材料：
以色列Objet公司開發(fā)的類ABS樹脂材料及名為VeroClear的清晰透明材料；
3DSystems公司的注塑材料VisiJetM3Black，Taulman3D的尼龍聚合物打印材料taulman645；
Orbi-Tech公司的打印絲材BendLay；
比利時公司MaterialiseNV的新型聚氨酯材料TPU92A-1等。
國內(nèi)研究3D打印材料的單位比較少：
北京航空航天大學(xué)對短切玻璃纖維增強ABS復(fù)合材料進(jìn)行了一系列的改性研究；
北京太爾時代公司通過和國內(nèi)外知名的化工產(chǎn)品供應(yīng)商合作，推出高性能FDM成型材料ABS04；
華中科技大學(xué)研究了改性聚苯乙烯支撐材料；
蘭州化物所通過在3D打印樹脂中加入引發(fā)劑實現(xiàn)引發(fā)劑集成型3D打印。
光敏樹脂由聚合物單體與預(yù)聚體組成，其中加有光（紫外光）引發(fā)劑（或稱為光敏劑），在一定波長的紫外光照射下能立刻引起聚合反應(yīng)完成固化。光敏樹脂一般為液態(tài)，可用于制作高強度、耐高溫、防水材料。常見的光敏樹脂有SomosNext材料、樹脂Somos11122材料、Somos19120材料和環(huán)氧樹脂。
國際石化公司紛紛介入3D打印部分石油化工機械與設(shè)備包含非常復(fù)雜的零部件，目前在石油化工機械設(shè)備的制造與零部件維修領(lǐng)域，3D打印已有了應(yīng)用。
石油化工設(shè)備及零部件制造領(lǐng)域。ExOne的3D打印產(chǎn)品2012年應(yīng)用在能源石油天然氣領(lǐng)域的收入占其總收入的13％。通用電氣公司（GE）今年下半年開始嘗試用3D打印技術(shù)生產(chǎn)燃?xì)鉁u輪機的零部件金屬燃油噴嘴，計劃到2015年，其燃油噴嘴將全面實現(xiàn)3D打印生產(chǎn)。GE還計劃利用3D打印技術(shù)來生產(chǎn)可將石油抽到地面的電子潛水泵。
美國石油服務(wù)企業(yè)哈利伯頓公司也已開始利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)石油鉆探所需的零部件。美國BlueFire設(shè)備公司嘗試將3D打印技術(shù)用于PDC鉆頭的制造，該PDC鉆頭采用了特殊設(shè)計的噴嘴排列方式，采用3D打印技術(shù)完美地實現(xiàn)了這些高復(fù)雜度的設(shè)計，并大幅提升鉆頭應(yīng)對極端環(huán)境的能力。
中海油服油田技術(shù)研究院的科研人員使用3D打印隨鉆地層測試器的集成閥座，目前3D打印技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于該研究院的多個科研項目中。3D打印技術(shù)已成功打印出球靴等橡膠制品，但距離規(guī)模生產(chǎn)尚有很大距離。
零部件維修領(lǐng)域。GE正使用3D打印技術(shù)為石油和天然氣領(lǐng)域的大型企業(yè)提供零部件維修服務(wù)，比如：
齒輪、結(jié)構(gòu)件、外殼，甚至一些空氣動力學(xué)葉片等，都可以用3D打印技術(shù)進(jìn)行維修；
西安鉑力特公司開發(fā)的金屬零件高性能激光成形修復(fù)技術(shù)，主要為石油化工、航空航天、電力等行業(yè)關(guān)鍵零件、貴重零件進(jìn)行高性能修復(fù)。
國際石化公司看到了3D打印材料市場帶來的巨大商機，紛紛介入3D打印行業(yè)：
杜邦公司推出商業(yè)化樹脂Somos系列用于3D打印；
巴斯夫開始全面介入3D打印行業(yè)，成立了全球3D打印研發(fā)部門，目前與湖南華曙高科簽訂了技術(shù)合作協(xié)議，聯(lián)合開發(fā)世界上最新型SLS打印設(shè)備及材料，并計劃在中國建立3D打印材料制造基地；
韓國LG公司與世界第二大3D打印公司Stratasys協(xié)商供應(yīng)高附加合成樹脂ABS。
3D打印在石化領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。在3D打印原材料方面，目前國內(nèi)3D打印材料的基礎(chǔ)研究、材料的制備工藝以及產(chǎn)業(yè)化方面與國外相比存在相當(dāng)大的差距，國內(nèi)有能力生產(chǎn)3D打印材料的企業(yè)很少，主要依賴進(jìn)口，這就造成了3D打印產(chǎn)品成本較高，影響了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
例如，3D打印材料——光敏樹脂在國內(nèi)的研發(fā)異常艱難，原料研發(fā)時間長，一些材料的配比難以掌握，實驗需要的材料要從國外進(jìn)口。3D打印材料的供給成為制約3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，目前還未見國內(nèi)大型石化企業(yè)介入3D打印材料開發(fā)。
在應(yīng)用方面，目前3D打印技術(shù)適用場合仍較窄，如更適合單件小批復(fù)雜零件，難加工、難變形材料，快速響應(yīng)、不計成本等場合。國內(nèi)3D打印還處于模仿生產(chǎn)階段，整體科研能力不強，3D打印企業(yè)的技術(shù)落后、生產(chǎn)規(guī)模小，小而散的現(xiàn)狀將阻礙整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。盡管3D打印在大規(guī)模制造方面的使用增多，但是在石油和石化工業(yè)上主要的應(yīng)用仍處于嘗試階段。#p#分頁標(biāo)題#e#
目前大部分已知的可用于3D打印的塑料耗材都是通過石油提煉的，3D打印主要以塑料為原料，如ABS、光敏樹脂、工程塑料等。雖然塑料已經(jīng)成為低成本的代名詞，但是3D打印塑料卻價格不菲。事實上，塑料打印材料的成本很快會成為3D打印機運行成本中的重要部分。
3D打印材料均是新開發(fā)和定制的，專用于3D打印，對材料的要求都很高，因此對國內(nèi)的石化企業(yè)來說，應(yīng)逐步加強對3D打印材料的研發(fā)和生產(chǎn)，提高國內(nèi)3D打印用材料的質(zhì)量，從而促進(jìn)我國3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
3D打印技術(shù)目前雖然在制造石油機械零部件方面還處于嘗試階段，但該技術(shù)在石油及石化領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣闊。
隨著鉆井環(huán)境變得越來越差，如鉆井的超深水區(qū)，3D打印對于石油工業(yè)將變得更加重要，3D打印技術(shù)可讓工程師實現(xiàn)復(fù)雜的設(shè)計以應(yīng)對極端環(huán)境所帶來的種種挑戰(zhàn)。3D打印具有制造周期短、適合單件個性化需求等特點，在大型薄壁件、蜂窩狀復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件、鈦合金等難加工、易熱成形零件方面具有較大優(yōu)勢。
隨著石油及石化制造的各種特殊需求對3D打印技術(shù)的不斷推動，3D打印產(chǎn)品造價的逐步降低，3D打印技術(shù)在石油和天然氣復(fù)雜零部件制造領(lǐng)域的應(yīng)用會越來越廣泛。
3D打印以其制造原理的優(yōu)勢成為具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ闹圃旒夹g(shù)，石化企業(yè)由于兼具3D打印供需方的角色，對需求理解更深刻，同時又擁有資金和多種技術(shù)儲備的綜合優(yōu)勢，應(yīng)密切關(guān)注3D打印發(fā)展動向，適時進(jìn)入該領(lǐng)域，抓住機遇，在新一輪技術(shù)革命中贏得主動。
轉(zhuǎn)載請注明出處。
相關(guān)文章
熱門資訊
精彩導(dǎo)讀
關(guān)注我們
