Additiv tilvirkning av metalliske materialer i offshoreindustrien sammenlignet med konvensjonelle produksjonsmetoder

Abstract

Denne avhandlingen undersøker bruken av additiv tilvirkning for metalliske materialer i offshoreindustrien, og sammenligner deres materialtekniske og bærekraftige egenskaper mot konvensjonelle produksjonsmetoder. Legeringene som ble undersøkt inkluderer rustfritt stål 304, 316L og duplex, Ti6Al4V, samt Inconel 625 og 718. Studien benytter seg av en litteraturgjennomgang og intervjuer med forskere, produsenter og sluttbrukere for å evaluere de mekaniske egenskapene og korrosjonsmotstanden til disse materialene. Litteraturgjennomgangen viser at additivt produserte legeringer generelt har overlegne styrkeegenskaper (flytegrense og strekkfasthet), men på bekostning av redusert duktilitet sammenlignet med konvensjonelt produserte legeringer. Slagfastheten er vanligvis bedre i konvensjonelle legeringer, men AM-legeringer viser isotrope egenskaper. Når det gjelder korrosjonsmotstand, er additivt produserte legeringer generelt svakere på grunn av vanlige defekter som porøsitet og restspenninger, noe som gjør dem mer utsatt for gropkorrosjon. Fra et bærekraftsperspektiv finner studien at additiv produksjon kan føre til redusert miljøpåvirkning gjennom materialeffektivitet og topologisk optimalisering. Videre kan potensialet for digitale lagre og lavere produksjonsvolumer redusere behovet for fysisk lagring. Til slutt ble det funnet at mange av styrkene til AM i forhold til konvensjonell fabrikasjon for offshore industrien ligger i det å kunne produsere komponenter med helt nye, optimaliserte design med komplekse geometrier, kunne produsere deler i én prosess, kutt i ledetid, kutt i lagerbeholdninger, lave produksjonsvolum og mindre materialsvinn.

This thesis has investigated additive manufacturing of metallic alloys in the offshore industry, with a materialtechnical and sustainable comparison against conventional manufacturing. Stainless steel 304, 316l and duplex, Ti6Al4V, and inconel 625 and 718 have all been examined through a litterature search to gauge their mechanical properties and their corrosion resistance. To find information outside litterature it was also used interviews with scientist, manufactureres, and end-users. As a consequence of the litterature search this study found that all the alloys had mostly superior strength (yield strength and ultimate tensile strength) at the cost of lower ductility. The impact strength was found to be better in conventional alloys, but the manufactured alloys exhibited isotropic properties. From a corrosion point of view the additively manufactured alloys was generally weaker as the common defects like porosity and residual stress made them more suspectible to pit corrosion. From a sustainable point of view this study found that a material efficient and topolocial optimalization lead to a lower impact on nature. Additionally it was found that the possibility of digital storehouses and lower production volumes could reduce the need for storage. Finally, it was found that many of the strengths of AM compared to conventional manufacturing for the offshore industry lie in the ability to produce components with entirely new, optimized designs with complex geometries, produce parts in a single process, reduce lead times, reduce inventory levels, handle low production volumes, and minimize material waste.