AM2020, Baker Hughes promuove la manifattura additiva per la produzione di energia sostenibile
Durante l’incontro annuale della società – AM2020 – che si è tenuto questa settimana in uno spazio molto ampio dedicato all’interno della Stazione Leopolda di Firenze, il colosso dell’energia Baker Hughes ha largamente discusso e mostrato nuove soluzioni tecnologiche che consentiranno all’azienda di raggiungere i suoi obiettivi di decarbonizzazione entro il 2030. Potrebbe sembrare quasi paradossale che un gigante del petrolio e del gas prometta energia pulita e sostenibile, ma è proprio così. Baker Hughes, con i suoi partner e team di gestione senior, sono interamente concentrati sull’individuazione di soluzioni reali per l’energia pulita, non l’impossibile promessa di eliminare immediatamente i combustibili fossili, ma una chiara strategia verso un mix energetico sostenibile, che includa tutte le energie rinnovabili e sia abilitato dalla tecnologia. L’energia pulita non significa solo fonti di energia più pulite, ma anche una produzione più efficiente e semplificata di sistemi di generazione di energia – attraverso l’intera catena di produzione, generazione e distribuzione di energia del sistema. Ed è proprio così: la manifattura additiva è al centro di questa strategia.
Baker Hughes – che non è più BHGE da ottobre 2019 – ha guidato non solo il segmento dell’energia ma l’intero settore in termini di implementazione della produzione additiva nella produzione. Oggi la società sta mostrando alcuni dei flussi di lavoro AM più avanzati su qualsiasi verticale, dalla produzione e ottimizzazione delle parti ai test e alla certificazione, il tutto integrato in un flusso di lavoro completo, end-to-end, basato sull’intelligenza artificiale.
Per 3dpbm è stato un grande onore essere l’unico principale media dell’industria di manifattura additiva invitato a partecipare a questo evento. Abbiamo avuto l’opportunità di parlare direttamente con alcuni dei vertici coinvolti nell’avanzamento della produzione AM a livello globale presso Baker Hughes – attraverso le varie strutture AM dell’azienda in tutto il mondo – e visitare l’enorme struttura al Nuovo Pignone a Firenze, dove BH sta conducendo molti delle sue attività di ricerca e sviluppo per AM (che sono condivise con gli impianti di produzione AM nel Nord Italia, Texas e Germania).
Abbiamo riscontrato un entusiasmo rinfrescante e una chiara visione di ciò che AM può apportare al settore energetico. Questo entusiasmo non è raro tra le grandi aziende che hanno iniziato a realizzare la promessa di AM e ora sta diventando più comune anche nel settore energetico. In questo segmento Baker Hughes ha aperto la strada ad alcune applicazioni impressionanti: la società ha attualmente oltre 450 parti AM in produzione e oltre 25.000 parti stampate in 3D fino ad oggi . Questo tasso di adozione è paragonabile e persino superiore a molti dei principali utenti AM aerospaziali.
Oltre trapani e turbine
Le attuali applicazioni più note per la produzione additiva nel settore petrolifero e del gas sono per applicazioni a fondo pozzo (a monte), come punte da trapano, e per applicazioni di generazione di energia interna, quali componenti di turbine a gas (ugelli, iniettori). BH ha messo in mostra entrambe le parti di questi tipi, che sono già in produzione: una punta da trapano personalizzata prodotta aggiungendo metallo mediante un processo DED a un nucleo fuso, e una serie di ugelli e inserti per le sue turbine aeroderivate, costruite utilizzando le tecnologie PBF in metallo. In generale Baker Hughes sfrutta il sistema Lasertec 65 di DMG Mori per DED e un insieme di diverse tecnologie PBF metalliche che includono EOS, soluzioni SLM e, recentemente aggiunti, i sistemi Renishaw (RenAM 500).
Le parti della turbina sono uniche in quanto devono resistere a temperature incredibilmente elevate che sono superiori ai requisiti di qualsiasi polvere PBF in metallo disponibile in commercio. BH ha sviluppato la propria superlega di nichel ad alta temperatura per produrli e quindi ha adattato il processo a questa lega non saldabile.
La società ha condotto ricerche molto interessanti su parti avanzate in arrivo o esistenti. Questi includono scambiatori di calore stampati in rame PBF e, soprattutto, sottoassiemi. Un particolare componente – un bruciatore a combustibile integrale per la turbina NovaTL16 già in produzione (mostrato nell’immagine sopra, in alto a destra) – ha mostrato come cinque parti di fusione potrebbero essere trasformate in una singola parte, molto più efficiente e durevole. BH sta inoltre esplorando sottoassiemi multi-materiale tramite DED.
“Siamo alla ricerca di soluzioni reali con la produzione additiva ormai da diversi anni”, ci ha detto Scott Parent, Vice President Engineering and Technology presso AM2020. Mr. Parent ha il compito di coordinare tutte le diverse strutture che lavorano con AM all’interno di Baker Hughes. Questi includono il Baker Hughes Additive Center of Excellence a Firenze e la struttura produttiva TSM a Talamona (Nord Italia), nonché impianti di produzione di trapani e utensili per pozzi in Germania e la sede Baker Hughes a Houston, TX. “Abbiamo prodotto più di 25.000 parti additive e qualificato più di 450 singole parti”, ha rivelato. “Sta crescendo a un ritmo molto rapido e nel 2019 abbiamo qualificato tutte le parti in un anno come in tutti gli anni precedenti su cui ci abbiamo lavorato.”
Un altro caso di applicazione molto interessante ha mostrato come un anello, usato nel dispositivo di fondo pozzo nella foto sotto, doveva essere stampato in 3D per poter ospitare l’anello di gomma in espansione ad alta pressione. La geometria unica dell’anello (mostrata sotto nella parte anteriore dell’immagine in basso a destra) potrebbe essere prodotta da AM solo per garantire prestazioni più elevate.
Generare energia migliore
Durante la conferenza, abbiamo anche avuto l’opportunità di partecipare a una tavola rotonda con Richard Ward, Vice President Strategy and Solutions, che ha mostrato sincero entusiasmo e una profonda comprensione di come AM possa veramente aiutare l’azienda a raggiungere la decarbonizzazione. I principali vantaggi che ha messo in evidenza sono quelli della riduzione del peso attraverso l’ottimizzazione della geometria delle parti generata dall’IA.
Secondo la società, la manifattura additiva riduce notevolmente lo spreco di materiali e le distanze di spedizione, migliorando l’efficienza complessiva del processo di produzione e della catena di approvvigionamento. Le parti stesse sono più leggere e molte stanno già superando i loro antenati sottrattivi. “Il design additivo ha la possibilità di creare parti che non potevano essere realizzate né pensate in passato”, ha dichiarato Ward durante il nostro incontro. “I confini del design sono stati ampliati in modo molto significativo, così che gli sviluppatori di prodotti possano fare cose che non era possibile fare in passato. E l’additivo consente l’innovazione in un arco di tempo molto diverso dai tradizionali processi di produzione”.
Parti migliori sono state ottenute attraverso la progettazione e Baker Hughes sta ora collaborando con leader generativi CAD e software CAE come Ansys e Autodesk al fine di sfruttare la sua esperienza e integrare l’enorme quantità di dati raccolti in nuove capacità di progettazione generativa. Tuttavia, si ottengono anche parti migliori attraverso l’ottimizzazione del flusso di lavoro, ed è qui che entra in gioco l’ultima avventura di Baker Hughes, Waygate Technologies.
Scansione TC come attivatore della produzione AM
Waygate Technologies ha appena presentato la nuova Phoenix CT Inspection Micro Speed, che dovrebbe essere disponibile nell’aprile 2020, in particolare tenendo conto della produzione additiva. Questo avanzato sistema di scansione CT altamente automatizzato (vedi video) viene utilizzato per un NDT estremamente accurato di parti AM complesse. Il sistema è in grado di trovare e riconoscere le più piccole imperfezioni e buchi. Il suo software si interfaccia con il MES generale per comunicare alla stampante 3D di effettuare variazioni di temperatura dove necessario. La quantità di dati raccolti è sbalorditiva e Baker Hughes utilizza potenti supercomputer per gestire il tutto. E questo è solo l’inizio. La società sta lavorando su scanner CT ad alta energia in grado di vedere parti interne alte fino a 2 metri e due metri di diametro. Nessuna fabbrica AM automatizzata di domani sarà in grado di esistere senza ispezione automatizzata e test NDT. I sistemi Waygate ora stanno diventando così veloci che uno solo può gestire la domanda da più macchine di manifattura additiva.
All’interno del centro di eccellenza additivo Baker Hughes
Durante una breve pausa dagli intensi due giorni di conferenze, 3dpbm e Reuters hanno avuto l’opportunità di visitare il luogo in cui Baker Hughes conduce alcune delle attività di ricerca e sviluppo più avanzate su AM per la produzione di pezzi dal 2012. Giulio Ardini, Manufacturing Leader Turbomachinery & Process Solutions ci ha portato in giro per la struttura, dove numerosi sistemi EOS e un nuovo sistema laser RenAM 500Q 4 Renishaw sviluppano le linee guida interne per la produzione in serie di componenti AM. Mentre la società è chiaramente focalizzata sul metallo e sviluppa leghe avanzate per resistere alle alte temperature, sono in corso anche ricerche sulla stampa 3D di materiali compositi per attività di sostituzione dei metalli. Un grande sistema Argo 500 di Roboze sta ora lavorando a questo e il signor Ardini ci ha detto che alcune applicazioni sembrano essere promettenti.
La strada per un’energia più pulita
Mentre l’AM è stato sicuramente il fulcro dell’evento per 3dpbm, per Baker Hughes questo evento riguarda una vasta gamma di tecnologie. La società si sta concentrando molto sull’intelligenza artificiale per semplificare tutti i processi e ha lanciato BHC3 Production Optimization TM, un’applicazione basata sull’intelligenza artificiale che consente agli operatori di visualizzare i dati di produzione in tempo reale, migliorare la produzione futura del progetto e aiutare a ottimizzare le operazioni per il miglioramento del petrolio e tassi di produzione di gas. Questa applicazione è l’ultima aggiunta al crescente portafoglio di applicazioni di intelligenza artificiale BHC3.
Tuttavia, l’evento è stato anche prima di tutto un’opportunità per gli alti dirigenti di Baker Hughes e le parti interessate del mercato globale dell’energia, inclusi governi e entità private, di riunirsi e discutere soluzioni al problema della decarbonizzazione. Un mondo privo di combustibili fossili è irrealizzabile e lo sfruttamento eccessivo dei rischi energetici sostenibili crea gli stessi problemi. Razionalizzare la produzione di energia, utilizzando meno energia per produrre e distribuire energia e ottenere un mix energetico equilibrato e ottimizzato che includa anche gas naturale e idrogeno, è probabilmente l’unica strada da percorrere. E, fortunatamente per noi, l’AM può svolgere un ruolo importante nel realizzarlo.
