8か月から9週間に短縮：KSB、積層造形技術でインペラーの生産を加速
KSB社は、EOS M 400-4を活用し、DNV認定の積層造形プロセスを基盤として、9週間で14個の合金625製インペラブランクを製造・納入しました。
20年以上にわたる積層造形の実績
KSBは、150カ国以上で事業を展開する、ポンプおよびバルブの世界有数のメーカーの一つです。積層造形（アディティブ・マニュファクチャリング）分野で20年以上の経験を持つ同社は、この専門知識を他社にも提供するため、2018年にドイツのペグニッツに積層造形センターを開設しました。 同センターでは、材料選定や設計から、認定を受けた部品の製造に至るまでのプロセスチェーンを網羅しています。また、KSBは「Parts on Demand」サービスを通じて、顧客の要件に応じてカスタム部品、試作品、小ロット生産品、インペラのスペアパーツを製造しています。このアプローチにより、必要な時にのみ部品を製造することが可能となり、顧客は納期を短縮できるほか、膨大なスペアパーツの在庫を維持する必要性を低減できます。
KSBの経験は製造分野にとどまりません。同社は、欧州圧力機器指令の対象となる部品の積層造形（AM）について、TÜV認証を取得した最初のメーカーです。また、同社のAM施設はDNV施設認定証明書も取得しています。インペラ部品群については、KSBはDNV-SE-0568およびDNV-ST-B203に基づくAMC 3レベルの製造業者認定を取得しています。
課題
2台の多段式高圧リングセクションポンプのオーバーホールに際し、KSBは、海水にさらされる過酷な石油・ガス用途向けに14個のインペラを供給する必要がありました。そのため、これらのインペラには、信頼性の高い機械的性能と高い耐食性を兼ね備えていることが求められました。当初、これらの部品は従来の鋳造方式による製造が依頼されました。しかし、この方法では6か月から8か月のリードタイムが見込まれていました。運営事業者にとって、この納期は長すぎました。
課題は、単に要求される形状をより迅速に製造することだけではありませんでした。材料や製造プロセスも、厳しい産業用途の要件を満たす必要がありました。そのため、KSBには、プロセスの信頼性と必要な認定レベルを維持しつつ、要求されるインペラーを大幅に短い期間で供給できるソリューションが必要とされていました。
産業用3Dプリンティングは、鋳造部品を数ヶ月間待つ必要に代わる選択肢をもたらしました。また、従来の製造方法とは異なり、KSBは社内で認定されたシステムとプロセスを用いて、デジタル製造データから直接インペラブランクを製造することが可能になりました。
ソリューション
KSB社は、認定済みのEOS M 400-4を用いて、インペラーブランク14個を製造しました。このシステムにより、KSB社は、所定の期間内に、確立されたAMプロセスに従って、大型の金属部品を製造することができました。
各インペラの直径は409 mmでした。1つの部品の製造時間は約76時間でした。材料については、KSBは、腐食性の運転環境での用途に適した耐海水性ニッケル基合金であるアロイ625を採用しました。 この用途について、KSBはアロイ625に関してAMC 3レベルのDNV施設認定証明書を取得した。このインペラ部品群は、DNV-SE-0568およびDNV-ST-B203に基づくAMC 3レベルのKSB製造業者認定の対象となっている。
この認定プロセスでは、積層造形された合金625と鋳造デュプレックス鋼との疲労試験が行われた。その結果、鋳造材と比較して疲労性能が向上していることが示された。さらに、合金625は、従来の鋳造品と比較して、耐食性、機械的特性、および幾何学的精度の点でも向上していた。
特に重要なのが、海水による腐食への耐性でした。海水にさらされる石油・ガス分野の用途では、腐食が部品の耐久性に影響を及ぼし、ひいては周辺機器の稼働率にも悪影響を及ぼす可能性があります。そのため、選定された材料と認定を受けた積層造形プロセスは、リードタイムの短縮という当面のニーズと、この用途における長期的な要件の両方に対応するものでした。
製造アプローチの一環として、EOSのSmart Fusion が採用されました。この技術は、製造時の変形を低減し、サポート構造の必要性を減らすことで、プロセスの安定性を支えました。その役割はKSBの製造プロセス全体に組み込まれ、インペラーブランクの製造プラットフォームとしては、引き続きEOS M 400-4が中核として活用されました。
「私にとって、EOS M 400-4が際立っているのは、その高い製造品質と、材料と製造プロセスの見事な相乗効果により、認証プロセスが大幅に簡素化され、かつ信頼性の高い結果が得られるからです。」
ステファン・ブラウン、KSB アドディティブ・マニュファクチャリング事業開発担当（Parts On Demand）
結果
KSBは、14個のインペラブランクすべてを9週間以内に製造・納入し、従来の鋳造では6～8ヶ月と見込まれていたリードタイムを短縮しました。これにより、顧客は鋳造部品の到着をさらに数ヶ月待つことなく、ポンプのオーバーホールを進めることができました。
この受注案件は、KSBがADM分野における豊富な経験を活かし、緊急の予備部品需要に対して適切な対応が可能であることを実証しました。Alloy 625製のインペラは、海水にさらされる石油・ガス用途に必要な耐食性を備えており、EOS M 400-4の採用により、KSBは要求された納期内に直径409 mmの部品を製造することができました。 同様に重要なことは、このプロジェクトが単発の解決策にとどまらなかったことです。納入は成功し、顧客の要件を満たした結果、追加注文につながりました。
KSBのアプリケーションおよびプロセスに関する専門知識と、「EOS M 400-4」の生産能力を組み合わせることで、このプロジェクトは、従来の製造方法ではリードタイムが長すぎる場合、エネルギー分野向けの3Dプリンティングが、重要な予備部品の確実な生産手段となり得ることを示しています。
