想像一下， 您只需站在屋外， 就可以在起居室的牆上鑽一個孔， 經過走廊， 一直鑽到臥室。 這聽起來多麼不可思議。 雖然， 在家裝施工中並不需要用到如此極端的鑽進手段， 但在石油和天然氣行業， 如此不可思議的壯舉卻是每天都在上演。
在世界各地的深井中， 鑽井機通常需要穿透多個岩層， 鑽出深達幾英里的孔， 鑽頭往往需要在數萬英尺深的地下， 通過複雜的孔幾何結構來確定鑽井孔的走向……如此惡劣的作業環境對油田鑽井設備的性能提出了挑戰。 油田鑽井設備製造商APS Technology 公司， 在進行鑽井設備零部件研發和製造中使用了金屬3D列印技術，
本期， 3D科學穀就結合APS Technology公司通過EOS DMLS金屬3D列印系統製造鑽井設備零部件的案例， 與谷友共同瞭解增材製造技術為鑽井設備製造商及石油、天然氣行業的用戶創造了哪些價值。
增材製造打造全新鑽井體驗
挑戰：如何提高鑽進設備的耐用性和靈活性？
APS Technology 是全球最先進、最可靠的公司之一， 致力於提供滿足各種油田和惡劣環境要求的現場性能和理想設計。 公司于 1993 年成立於美國康涅狄格州。
在世界各地， 鑽井機通常需要穿透多個岩層， 鑽出深達幾英里的孔。 鑽頭往往需要在數萬英尺深的地下，
除了在地下數百英尺切割岩石時遇到的那些不言而喻的困難外， 用於冷卻鑽頭和沖走鑽屑的承壓 流體也會受到嚴重磨蝕並很快流失。 這樣會嚴重損壞井下系統和許多其他類型的鑽井設備， 甚至能摧毀超級堅硬的鉻鎳鐵合金和 17-4 不銹鋼。
而對於如今的能源生產商而言， 這些困難僅僅是冰山一角。 除了 MWD 系統外， APS 還致力於為鑽井操作人員提供包括導向鑽進電 機、減振器、建模及分析工具和 測井感測器在內的多種智慧工 具。 此前， APS 已經借助多種增材製造手段，
解決方案：增材製造前所未有的複雜零部件
EOS 為 APS 準備了理想的解決方案： 通過EOSINT M 280系統進行耐用金屬的增材製造。
“我最初來到 APS 時， 這個系統在這裡剛剛上馬一個月左右。 ” APS Technology 行銷副總裁 Paul Seaton回憶道。 “同事們進行了一系列測試打樣和其他工作來熟悉這個系統， 但它對於我們所有人而言都是一項全新的技術。 EOS 為我們提供了現場培訓和應用建議， 使我們得以迅速上手不同零部件原型設計。 這些早期的成就使得我們如今的工作更加具有生產導向性。 ”
其中一個成就是五級渦輪機的應用， 用來為導向鑽頭及其機載 MWD 系統提供動力。 每台渦輪機都包含若干個採用 DMLS 技術列印的零件， 在這項增材製造工藝中， EOSINT M 280 利用大功率 Yb 光纖雷射器和精密掃描光學部件將 CAD 模型的極薄切片描記到精細金屬粉末層上。 雷射器所經之處，每個獨立的金屬微粒熔化，並與鄰近的微粒和下一層融合。 每個切層經鐳射照射並熔化後， 將在逐漸成型的工件上鋪上一層新的金屬粉末並重複執行上述加工過程，逐層進行，直至加工完成。
每台渦輪機包含數個複雜的端蓋和五套定子與轉子，這些全部由 APS 的 EOSINT M 280 製造完成。 “而現在，我們已經有能力使用不銹鋼、鉻鎳鐵合金和其他金屬製造這些元件，這對我們而言是一個巨大的優勢，因為我們可以採用3D列印技術製作出真實的零件並應用到真實的環境中。” Seaton 表示。高級機械工程師Chris Funke 表示，這些元件絕對能夠應對真實環境中的鑽井作業， 包括在該公司自有的 3,000 英尺深的測試井中服役。
成果：節約製造成本和週期，提升設備鑽探效率和耐用性
採用 EOS 技術後，APS 得以將鑽井元件的零部件數量從四個獨立零部件減少到僅僅一個。DMLS 還説明該公司的大規模製造車間節約了成本，曾經需要花費數天甚至數周才能製造出來的夾具和固定裝置，如今可在無人值守的情況下一夜之間列印完成。除了在減少零部件數量和製造新型元件形狀方面的優勢外，APS 的設計人員還發現，這種技術可以大大縮短產品開發週期。
DMLS 3D列印技術的使用可以為 APS 開闢許多其他思路。相比之前，採用增材製造工藝生產的零件更加接近預期的幾何結構，因此常常可簡化下游加工操作，有些情況下甚至可以完全省去這些操作。此外， 新技術還幫助APS省去了模具和其他一次性加工成本，只需 CAD 模型和金屬粉末就足以製作出來。 “如今我們可以為車間提供 DMLS 零件，此前採用傳統方法以棒料製造同等零件可能需要花費 18 個 小時。”Funke 指出。“零件的列印需要花費22-26個小時，但它擁有的特性卻是傳統方法無法比擬的，例如有機孔。
如今，車間只需花費 3-4 個小時來加工密封面並進一步控制公差特性，即可完成該零件。因此，借助 DMLS 工藝，我們可以為加工車間節約 14-15 個小時的時間來生產其他產品。DMLS 正在改變我們的整個製造流程，使我們擁有更強大的能力來運營其他項目，甚至承攬其他工作。我們計畫利用 EOSINT M 280 為我們完成更多的工作。”Funke 說道。
關於 EOS
成立於 1989 年，EOS 是金屬和高分子材料工業 3D 列印的全球技術領導者。作為 一家獨立運營的公司，EOS 以先驅和創新者的身份，提供全面的增材製造解決方案。 EOS 所做的一切都基於企業責任和可持續發展的準則，同時兼顧公司內外，信守滿足客戶需求的承諾。
不同於其他公司，EOS 成功實現了粉末材料與鐳射燒結的完美融合。另外，EOS 的解決方案組合包含工業 3D 列印所涉及的所有關鍵要素，其中系統、材料和工藝參 數都實現了智慧化的協調統一，從而確保可靠的、高品質的部件，並推動建立起一 個決定性的競爭優勢。此外，客戶還受益于 EOS 深入且專業的全球服務、應用工程及諮詢服務。
EOS 孕育了一個充滿活力的合作夥伴生態系統，並通過風險投資專案來幫助孵化前景廣闊的創業公司。這種與整個產業價值鏈的有機融合，使更全面的 3D 列印變得可能，從而推動製造業的數位化與自動化進程。
雷射器所經之處，每個獨立的金屬微粒熔化，並與鄰近的微粒和下一層融合。 每個切層經鐳射照射並熔化後， 將在逐漸成型的工件上鋪上一層新的金屬粉末並重複執行上述加工過程，逐層進行，直至加工完成。每台渦輪機包含數個複雜的端蓋和五套定子與轉子，這些全部由 APS 的 EOSINT M 280 製造完成。 “而現在，我們已經有能力使用不銹鋼、鉻鎳鐵合金和其他金屬製造這些元件，這對我們而言是一個巨大的優勢，因為我們可以採用3D列印技術製作出真實的零件並應用到真實的環境中。” Seaton 表示。高級機械工程師Chris Funke 表示，這些元件絕對能夠應對真實環境中的鑽井作業， 包括在該公司自有的 3,000 英尺深的測試井中服役。
成果：節約製造成本和週期，提升設備鑽探效率和耐用性
採用 EOS 技術後，APS 得以將鑽井元件的零部件數量從四個獨立零部件減少到僅僅一個。DMLS 還説明該公司的大規模製造車間節約了成本，曾經需要花費數天甚至數周才能製造出來的夾具和固定裝置，如今可在無人值守的情況下一夜之間列印完成。除了在減少零部件數量和製造新型元件形狀方面的優勢外，APS 的設計人員還發現，這種技術可以大大縮短產品開發週期。
DMLS 3D列印技術的使用可以為 APS 開闢許多其他思路。相比之前，採用增材製造工藝生產的零件更加接近預期的幾何結構，因此常常可簡化下游加工操作，有些情況下甚至可以完全省去這些操作。此外， 新技術還幫助APS省去了模具和其他一次性加工成本，只需 CAD 模型和金屬粉末就足以製作出來。 “如今我們可以為車間提供 DMLS 零件，此前採用傳統方法以棒料製造同等零件可能需要花費 18 個 小時。”Funke 指出。“零件的列印需要花費22-26個小時，但它擁有的特性卻是傳統方法無法比擬的，例如有機孔。
如今，車間只需花費 3-4 個小時來加工密封面並進一步控制公差特性，即可完成該零件。因此，借助 DMLS 工藝，我們可以為加工車間節約 14-15 個小時的時間來生產其他產品。DMLS 正在改變我們的整個製造流程，使我們擁有更強大的能力來運營其他項目，甚至承攬其他工作。我們計畫利用 EOSINT M 280 為我們完成更多的工作。”Funke 說道。
關於 EOS
成立於 1989 年，EOS 是金屬和高分子材料工業 3D 列印的全球技術領導者。作為 一家獨立運營的公司，EOS 以先驅和創新者的身份，提供全面的增材製造解決方案。 EOS 所做的一切都基於企業責任和可持續發展的準則，同時兼顧公司內外，信守滿足客戶需求的承諾。
不同於其他公司，EOS 成功實現了粉末材料與鐳射燒結的完美融合。另外，EOS 的解決方案組合包含工業 3D 列印所涉及的所有關鍵要素，其中系統、材料和工藝參 數都實現了智慧化的協調統一，從而確保可靠的、高品質的部件，並推動建立起一 個決定性的競爭優勢。此外，客戶還受益于 EOS 深入且專業的全球服務、應用工程及諮詢服務。
EOS 孕育了一個充滿活力的合作夥伴生態系統，並通過風險投資專案來幫助孵化前景廣闊的創業公司。這種與整個產業價值鏈的有機融合，使更全面的 3D 列印變得可能，從而推動製造業的數位化與自動化進程。