殼牌和GE Additive聯(lián)合開發(fā)具有仿生結(jié)構(gòu)的3D打印氧氫微混合器

2022年11月18日，南極熊獲悉，在全球增材制造盛會formnext 2022期間，殼牌與GE Additive公布了聯(lián)合設計和工程項目的最新成果，一種由3D打印制造的氧氫微混合器。

△殼牌與GE Additive聯(lián)合開發(fā)的3D打印氧氫微混合器

這個復雜的非功能性演示部件，是在GE Additive的概念激光Concept Laser  M Line 3D打印系統(tǒng)上使用鎳合金718制造的，該系統(tǒng)安裝在殼牌公司位于荷蘭阿姆斯特丹能源轉(zhuǎn)型園區(qū) ( ETCA )的3D打印卓越中心和工作室。

△殼牌3D打印卓越中心和工作室

殼牌在位于靠近其科學家和合作伙伴公司的ETCA園區(qū)安裝了一臺3D打印設施，以利用該技術(shù)來制作原型和打印功能部件。自從該公司擁有了自己的3D打印能力后，使得該公司的研發(fā)部門可以自由地創(chuàng)造市場上沒有的新零件，并支持該公司在能源轉(zhuǎn)型方面遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)。

殼牌3D打印技術(shù)專家Joost Kroon解釋說：“我們真的很想測試M系列，并通過一系列測試進一步了解該設備的極限在哪里。我們與GE Additive團隊合作，同意應用3D打印技術(shù)來重新構(gòu)想一個復雜大型部件，其中包含傳統(tǒng)方法難以制造的通道。研究氧氫微混合器與我們公司在能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮積極作用的戰(zhàn)略非常吻合�！�

△改造氫微混合器的CAD文件

從自然界的幾何學中汲取靈感
位于慕尼黑的GE Additive AddWorks團隊的首席設計工程師Sonali Sonawane Thakker的首要任務是研究、設計和迭代Formnext上展示的最終設計。她的任務是設計一個大型、復雜且包含氫氣和壓縮氧氣通道的部件。Sonawane Thakker能夠利用該技術(shù)提供的設計自由度來重新思考零件的結(jié)構(gòu)和形狀。

她說：“我們的初步研究表明，現(xiàn)有的微混合器——也稱為氫氧燃燒器，通常是圓柱形的，當采用傳統(tǒng)方式制造時，難以適應儲罐、管道和噴嘴的復雜布局要求。為了增加復雜性，我們選擇了一個大的圓錐形設計，并從平面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到帶有ISO網(wǎng)格的彎曲結(jié)構(gòu)，以增加整體強度，而不是通常的平面結(jié)構(gòu)。”

Sonawane Thakker從自然界的幾何學和對稱性中尋求靈感，尤其是在花朵和花瓣中復制的斐波那契數(shù)列。她補充道：”我將330多個獨立的噴嘴整合成一個圓形圖案，我從花粉粒在花頭中的形成方式中汲取了靈感。彎曲的墻壁和圓錐形也反映了花瓣的形狀�！�

△從左至右:Rik van der Meer, Joost Kroon, Dennis Boon和Lisa Kieft-Lenders位于殼牌3D打印卓越中心和工作室

構(gòu)建和后處理
在殼牌和GE Additive團隊進行可行性審查和迭代之后，最終確定了重新構(gòu)想零件的設計和尺寸，并選擇鎳合金718作為構(gòu)建材料。

零件尺寸：
高度：~296毫米
直徑：484毫米
其他：X ~ 429毫米 Y ~ 490毫米

Concept Laser  M Line 3D打印系統(tǒng)的構(gòu)建準備和打印團隊負責人Lisa Kieft-Lenders說：“我們從一開始就參與了這個項目并進行了投資，因此，我們特別關注這個項目。鑒于這是迄今為止在M Line上建造的最大和最復雜的部件之一，我們一直與慕尼黑的GE Additive團隊保持密切聯(lián)系，并在阿姆斯特丹得到了他們當?shù)噩F(xiàn)場服務工程師的支持，得以在9天內(nèi)順利完成相關建造工作�！�

后處理工作也是在殼牌工廠完成的，通過在設計階段由Sonawane Thakker加入的除粉孔使這已過程變得更容易。該零件于11月初完成，并被送到formnext的GE Additive展位。活動結(jié)束后，微型混合器將被歸還并在殼牌的ECTA內(nèi)展出。

GE Additive在歐洲、中東和非洲的AddWorks領導人Rob Dean說“我們對M Line的性能充滿信心。事實上，我們抓住每一個機會用雙手測試它的極限。在這個項目中，我不能低估協(xié)作和解決問題的力量。它匯集了一些偉大的3D打印思想，最終的結(jié)果不僅在視覺上令人驚嘆，而且在尺寸和復雜性上也很可觀，同樣也很強大�！�