隨著對數字化、流程模擬、設計和控製工程的不斷研究和改進，過程自動化產(chan) 品也在定期重新設計和開發。技術創新，例如現在的快速成型製造，為(wei) 傳(chuan) 統的減法製造方法帶來了許多新的機遇。在本案例研究中，看看德國閥門企業(ye) SAMSON是如何應對開發采用快速成型技術製造的壓力設備產(chan) 品線時所麵臨(lin) 的挑戰。

歐洲壓力設備指令

與(yu) 容器、管道或非燃燒壓力容器類似，閥門和最終控製元件如果承受的最大允許壓力大於(yu) 7.25 psi（0.5bar），則被歸類為(wei) “壓力設備”。壓力設備製造商必須確保其產(chan) 品的安全性，同時保證歐盟市場的公平競爭(zheng) 。

與(yu) 美國的ASME鍋爐和壓力容器規範 (BPVC)一樣，歐洲壓力容器製造商必須遵守歐洲壓力設備指令 2014/68/EU (PED)，該指令規定了歐盟製造商的相關(guan) 製造要求。具體(ti) 的產(chan) 品要求見協調產(chan) 品標準，如工業(ye) 閥門的 EN 16668、金屬工業(ye) 管道的 EN 13480 或未燃燒壓力容器的 EN 13445。

這些標準通常會(hui) 在適用時參考其他支持性協調標準。標準要求適用於(yu) 材料特性和製造程序。對這些製造程序規定了定期審查和審核。某些危險分類（PED 類別 I 至 IV）的產(chan) 品還必須通過適用的附加組織（稱為(wei) 指定機構組織）的認證，並貼有 CE 標誌才能進入歐盟市場（類似於(yu) 美國的 UL 認證）。

圖1 中型閥芯的三層印刷（150 件）（圖片來源：SAMSON）

圖2 高負荷閥門裝飾件，如分流板。（圖片來源：SAMSON）

材料挑戰

設計人員和製造商通常會(hui) 根據標準要求為(wei) 某個(ge) 部件選擇材料。這可確保所選材料符合相關(guan) 標準中規定的適用安全要求和技術特性，例如確保壓力設備的尺寸符合 PED 或 ASME BPVC 所要求的基本安全要求。然而，統一材料標準並不涉及可能影響材料特性的製造程序（如焊接、成型），也不涉及材料是否適合特定設備或終端應用。

這些問題必須由製造商和客戶根據自己的需求分別進行評估。在出口產(chan) 品時，使用統一的材料可以帶來巨大的好處，確保產(chan) 品符合不同司法管轄區的規範。然而，使用快速成型製造方法麵臨(lin) 的主要挑戰之一是，目前還沒有針對快速成型製造材料的統一標準。

材料的化學成分由所用原料（金屬粉末）決(jue) 定。而金屬的分子結構和機械性能則取決(jue) 於(yu) 用於(yu) 製造坯料（半成品）的添加劑製造程序。因此，根據 PED 的規定，所有製造添加劑製造坯料的人都被視為(wei) 材料製造商。而那些將快速成型坯料進一步加工成成品部件或待售最終產(chan) 品的人，則被視為(wei) 快速成型壓力設備的設備製造商和分銷商。這與(yu) 製造鑄件所涉及的工藝鏈相當。因此，其他符合 PED 的解決(jue) 方案必須適用於(yu) PED 意義(yi) 上的統一材料和成品。

整體(ti) 工藝要求

解決(jue) 缺乏標準問題的一種方法是，對於(yu) 未在統一材料標準中引用的材料，采用 PED 規定的替代解決(jue) 方案。在這種方法中，材料是根據特殊材料評估（PMA）進行鑒定的。prEN 13445-14（標準草案）、DIN TS 17026（DIN 是德國標準協會(hui) ）以及 EN 764-4 和 EN 764-5 水平標準提供了額外支持。如下所述，SAMSON 已選擇采用這種方法。

PMA 由 SAMSON 作為(wei) 設備製造商為(wei) 其使用的每種快速成型材料簽發。除了對基本材料係數的要求外，PMA 還包含與(yu) 材料、材料製造商、產(chan) 品類型、形狀以及具體(ti) 測試和取樣相關(guan) 的更多數據。

要使用標準化 PMA 協調添加式製造材料，需要參考製造添加式製造坯料的材料製造商的材料規格，製造商必須通過出具特定產(chan) 品測試證書(shu) （根據DIN EN 10204標準的3.1檢驗證書(shu) ，或與(yu) 指定機構合作：根據 DIN EN 10204 標準的3.2檢驗證書(shu) ）來確認和記錄材料規格的符合性。

希望執行該程序的添加劑材料製造商應通過ISO 9001認證，並擁有經過認證的質量管理係統，該係統已通過材料的特定評估，例如，符合PED附件I (4.3)。此外，材料製造商的認證範圍必須涵蓋基本的材料規格和製造程序。這樣，材料規格就可以與(yu) 統一材料標準一樣來看待或使用，而在本例中，統一材料標準還不存在。

在整個(ge) 生產(chan) 過程中，材料製造商必須確保成品的可追溯性，直至所使用的原料批次。在本示例中，SAMSON 公司從(cong) 資格鑒定和認證流程的一開始就將坯料製造商（材料製造商）和壓力設備製造商（設備製造商和經銷商）明確分開。

這使得SAMSON能夠從(cong) 獲得 PED 認證的材料製造商處采購快速成型坯料，並進一步加工該坯料，然後作為(wei) 獲得 PED 認證的設備製造商進行銷售。

由於(yu) SAMSON同時也是獲得認證的添加劑材料製造商，因此該公司可以在內(nei) 部管理從(cong) 采購金屬原料到交付成品閥門的整個(ge) 流程。

根據PED第 4 (3) 條的規定，製造商隻能銷售表壓極小或壓力和體(ti) 積極低的壓力設備，前提是該設備的設計和製造符合合理的工程實踐。

在大多數閥門應用中，壓力設備都超出了這一危險等級，這意味著設備製造商必須確保設備的設計和製造符合PED附件 I 中規定的基本安全要求。

為(wei) 實現合規性，設備製造商必須提供附件 III 中提及的所有技術文件，並執行PED第 14 條中提及的所有相關(guan) 合規性評估程序。

在成功完成這些程序後，製造商必須起草一份歐盟合格聲明，並在設備上貼上CE標誌，表明該設備已通過相關(guan) 指定機構的認證。

適用於(yu) 壓力設備的具體(ti) 符合性評估程序取決(jue) 於(yu) 其危險等級分類（按危險等級遞增的 I 至 IV 類）。

實施

對於(yu) 批量生產(chan) 的製造商來說，由於(yu) 需要投入大量的工作和資金，根據指定機構的單個(ge) 設備驗證（模塊 G）來評估符合性是沒有意義(yi) 的。如果采用快速成型技術生產(chan) 的產(chan) 品與(yu) 傳(chuan) 統製造的產(chan) 品屬於(yu) 同一類別，那麽(me) 即使是小批量生產(chan) ，在經濟上也是可行的。

圖3 DN50 PN40閥門、閥體(ti) 和閥蓋的快速製造試驗批量。（圖片來源:SAMSON）

為(wei) 進行初始認證，SAMSON 決(jue) 定以添加式製造的 3251-AM 型高壓閥門對其 3251 型高壓閥門進行認證，該閥門已在市場上得到廣泛認可。

圖4 增材製造樣品的示例（圖片來源：SAMSON）

3251 型標準閥門的 DIN 和 ANSI 尺寸範圍為(wei) DN 15 至 500/NPS ½ 至 20，壓力等級為(wei) PN 16 至 400/CL 150 至 2500。H 模塊符合性評估程序適用於(yu) 3251 型閥門，它涵蓋的壓力設備危險等級可達 III 類。

因此，新型 3251-AM 型也采用了相同的 H 模塊符合性評估程序，其閥門尺寸可達 DN 100/NPS 4，壓力等級可達 PN 400/CL 2500；該設備已通過 TÜV-SÜD Industrie Service GmbH 認證（認證機構編號：0036）。

合格評估包括設計、製造和測試。除了對該閥門類型進行風險和危險評估以及采用較高安全係數進行相關(guan) 強度計算外，SAMSON 還為(wei) 初始樣品和試驗批次資格鑒定製定了全麵的檢查和測試計劃。這些 ITP 是坯件、成品部件和完整閥門組件的檢驗準則。

除強度計算外，還包括以下內(nei) 容：

-有限元模擬和 CFD 模擬

-側(ce) 麵樣品和初始樣品的破壞性測試

-初始樣品和中試樣品的無損檢測

-坯件和成品部件以及預組裝閥門的尺寸檢查

-功能測試、泄漏測試、閥座泄漏測試和水壓強度測試

-流量和聲壓在較高壓降下進行液位測量

-檢查製造要求和標記

-檢查測試文件

除無損檢測外，我們(men) 還特別關(guan) 注從(cong) 初始樣品上不同位置取樣進行破壞性檢測。在增材製造的關(guan) 鍵部位（如關(guan) 鍵懸臂）和不同的製造高度上取樣。

將初始樣品的測試結果與(yu) 印製板上的側(ce) 麵樣品和印製材料的材料規格進行比較，並進行相應的評估。

同時，還必須為(wei) 使用快速成型材料製造的設備製定並實施指導方針、文件化程序、工作和測試說明以及協議。此外，還起草了接口文件，詳細說明了材料（毛坯）製造商應滿足的要求。

SAMSON公司的工作重點是質量保證措施，包括壓力設備的設計、製造、最終驗收和檢驗，因為(wei) 質量保證係統的評估和認證——並最終獲得指定機構的批準——對於(yu) 模塊 H 的實施至關(guan) 重要。

必須為(wei) 新的添加劑材料創建、修改和鏈接完整的技術研發文件，其中包括材料規格、材料數據表、壓力—溫度表、安裝和測試說明以及設備銘牌的標記指南。

研發、銷售和客戶的接口文件（如數據表、安裝和操作說明）以及SAMSON的內(nei) 部銷售訂單處理程序也必須進行調整。

結論

本案例證明，在經驗豐(feng) 富的認證機構（本案例中為(wei) TÜV 南德意誌集團工業(ye) 服務有限公司）的支持下，坯料和半成品的增材製造以及壓力設備部件的市場化是一條可控的可行之路。然而，除了獲得壓力設備製造商和分銷商的認證外，還需要投入大量的時間和資金來獲得特定快速成型材料製造商的認證。

去年年底，SAMSON成功完成了這些認證程序：該公司是經認證的快速成型坯料材料製造商，並獲得了製造、銷售和營銷符合壓力設備指令 2014/68/EU 附件 III 模塊 H 的快速成型壓力設備的認證。合規性評估程序所使用的依據在合規性聲明中進行了說明。

SAMSON 所采取的上述方法可被視為(wei) 在快速成型製造標準出台之前的權宜之計，但所有公司也必須確保其程序符合其製造的所有產(chan) 品的所有監管、法定、應用和其他要求。