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(huì)formnext 2022期間，殼牌與GE Additive公布了聯(lián)合設(shè)計(jì)和工程項(xiàng)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(gè)復(fù)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(xué)家和合作伙伴公司的ETCA園區(qū)安裝了一臺(tái)3D打印設(shè)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(chǎng)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(cè)試M系列，并通過一系列測(cè)試進(jìn)一步了解該設(shè)備的極限在哪里。我們與GE Additive團(tuán)隊(duì)合作，同意應(yīng)用3D打印技術(shù)來重新構(gòu)想一個(gè)復(fù)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?！?br />

△改造氫微混合器的CAD文件

從自然界的幾何學(xué)中汲取靈感
位于慕尼黑的GE Additive AddWorks團(tuán)隊(duì)的首席設(shè)計(jì)工程師Sonali Sonawane Thakker的首要任務(wù)是研究、設(shè)計(jì)和迭代Formnext上展示的最終設(shè)計(jì)。她的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個(gè)大型、復(fù)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(shè)計(jì)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(dāng)采用傳統(tǒng)方式制造時(shí)，難以適應(yīng)儲(chǔ)罐、管道和噴嘴的復(fù)雜布局要求。為了增加復(fù)雜性，我們選擇了一個(gè)大的圓錐形設(shè)計(jì)，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(qiáng)度，而不是通常的平面結(jié)構(gòu)。”

Sonawane Thakker從自然界的幾何學(xué)和對(duì)稱性中尋求靈感，尤其是在花朵和花瓣中復(fù)制的斐波那契數(shù)列。她補(bǔ)充道：”我將330多個(gè)獨(dú)立的噴嘴整合成一個(gè)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(tuán)隊(duì)進(jìn)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(shè)計(jì)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(zhǔn)備和打印團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Lisa Kieft-Lenders說：“我們從一開始就參與了這個(gè)項(xiàng)目并進(jìn)行了投資，因此，我們特別關(guān)注這個(gè)項(xiàng)目。鑒于這是迄今為止在M Line上建造的最大和最復(fù)雜的部件之一，我們一直與慕尼黑的GE Additive團(tuán)隊(duì)保持密切聯(lián)系，并在阿姆斯特丹得到了他們當(dāng)?shù)噩F(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工程師的支持，得以在9天內(nèi)順利完成相關(guān)建造工作。”

后處理工作也是在殼牌工廠完成的，通過在設(shè)計(jì)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?；顒?dòng)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(lǐng)導(dǎo)人Rob Dean說“我們對(duì)M Line的性能充滿信心。事實(shí)上，我們抓住每一個(gè)機(jī)會(huì)用雙手測(cè)試它的極限。在這個(gè)項(xiàng)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(fù)雜性上也很可觀，同樣也很強(qiáng)大。”