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，這種技術不僅具有卓越的靈活性，而且能夠針對各種極具挑戰的任務量身定制。幸運的是，木工和裝潢業者不需要採取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。正因如此，APS Technology借助於EOS積層製造技術來生產油田鑽井設備。

APS Technology於西元1993年成立於美國康乃狄克州。是全球最先進、最可靠的公司之一，APS為世界各地客戶提供設計和性能都值得信賴的油田服務產品，擁有經驗豐富的工程師、 技師、工具師和機械師製造世界最先進可靠的機電、儀器和探測設備供客戶在環境嚴苛的油田上使用。

鑽頭和旋轉導向系統(RSS)：APS Technology公司目前採用EOS工業3D列印技術生產旋轉導向系統中的複雜零部件，用以為油氣井有效提供導向。（圖片來源：APS）

面臨的挑戰

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，通過複雜的孔幾何結構來確定鑽井孔的走向。這種創新技術採用隨鑽測量(MWD)與旋轉導向系統(RSS)相結合的方式，可直接安裝在鑽頭下方以即時測量鑽孔位置並控制軌跡。

除了在地下數百英尺切割岩石時會遇到的困難外，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不鏽鋼。

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 已經借助多種積層製造技術，完成了多項持續改進工作。

“我們得到了許多為我們量身打造的塑膠零件，儘管這些零件的手感良好，而且便於觀察契合度，但它們對設備測試而言幾乎毫無價值。因為它們根本不耐用。” APS Technology 行銷副總裁Mr. Paul Seaton 說道

解決方案

EOS為APS提供了理想的解決方案:基於耐用金屬的積層製造EOSINT M 280。APS可以借助這項技術，在短時間內建造出持久耐用的零件。借助DMLS，設計人員可以創建先前無法製造的複雜幾何結構，並且輕鬆應對諸如此類的挑戰。例如，可以創建各種晶格結構和細密的網狀結構，生產的零件相比傳統的同類機加工產品更具空間效率。

“我最初來到APS時，EOSINT M 280剛剛抵達一個月左右。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。” Mr. Paul Seaton 回憶道。

其中一個成就是五級渦輪機的應用,它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列印的零件，在這項積層製造工藝 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。 “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。” Mr. Paul Seaton 表示。高級機械工程師 Mr. Chris Funke 也表示，這些元件絕對能夠應對現實環境中的鑽井作業，包括在APS自有的3,000英尺深的測試井中服役。

成果

採用EOS技術後，APS得以將鑽井組件的零部件數量從四個獨立零部件減少到只剩下僅僅一個。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組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的使用可以為APS開闢許多其他思路。相比之前，採用積層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程序，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，採用傳統方法以棒料製造同等零件需要花費18個小時。而採用積層列印需要花費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生產流程，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。我們計劃利用 EOSINT M 280 為我們完成更多工作。”Mr. Chris Funke 說道。

MWD系統：有一些內部渦輪機元件是由 EOSINT M 280 系統列印出來。（圖片來源：APS）

借助EOSINT M 280可以製造更複雜的鑽井設備，甚至應對油氣井中的惡劣環境。

• 優化：鑽井元件的零部件數量從四個獨立零部件減少到只剩下僅僅一個
• 高效：優化設計可提高鑽探精度，降低後處理和生產成本
• 快速：縮短交付週期和上市時間
• 獲利：無需模具，並可省去模具相關生產時間

“傳統的製造方法固然有效，但DMLS可以顯著提高零部件的效率，成為推動行業變革的主要力量。它帶來了多米諾效應，延長產品的使用壽命從而減少因設備維護造成的中斷、延長鑽井時間，降低成本，並最終提高客戶滿意度，增加銷售訂單量。”

Mr. Paul Seaton

APS Technology 公司行銷副總裁