成本降10倍，氫能燃氣輪機3D打印量產(chǎn)化實踐，《量產(chǎn)中國行》走進明陽氫燃！

氫能，作為技術(shù)密集、應(yīng)用場景近乎苛刻的高新技術(shù)領(lǐng)域，其產(chǎn)業(yè)化落地的生產(chǎn)制造始終是行業(yè)人員頭痛的問題，有些部件就連百萬級精密加工都難以滿足，金屬3D打印作為后起之秀，能否憑借其一體成型、靈活高效，挑起氫能技術(shù)落地的生產(chǎn)大梁？

本期《量產(chǎn)中國行》專訪無錫明陽氫燃動力科技有限公司（以下簡稱明陽氫燃）總經(jīng)理王永志、技術(shù)工程師龐笑坤，通過對其自主研發(fā)的首個30兆瓦級氫燃機的生產(chǎn)實錄，揭開3D打印在氫能領(lǐng)域的量產(chǎn)落地。

從左到右：明陽氫燃技術(shù)工程師、美光速造夏總

明陽氫燃總經(jīng)理、美光速造李總、明陽氫燃工程師

從概念到創(chuàng)下多個第一，純氫燃機的由來與技術(shù)落地
隨著全球能源轉(zhuǎn)型，氫能的純天然、無污染日益受到關(guān)注，但傳統(tǒng)的燃氣輪機仍是以天然氣燃料為主，在這種背景下，明陽氫燃公司應(yīng)運而生。

他們自主研發(fā)的純氫燃氣輪機以100%純氫為燃料，具有啟停靈活、爬坡速度快、調(diào)節(jié)范圍廣等特點，可有效提高電力系統(tǒng)靈活性，此外，純氫還具有零碳排放突出優(yōu)勢，將在我國新型電力系統(tǒng)及服務(wù)沙戈荒的實際應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。

首個30兆瓦級純氫燃氣輪機——木星一號
“木星一號”——是明陽氫燃首個自主研制的30MW級純氫燃氣輪機，也是目前全球功率最大、含氫量最高的純氫燃氣輪機發(fā)電機組，一經(jīng)公布就受到全國50多家媒體關(guān)注，更登上《內(nèi)蒙古衛(wèi)視》接受專屬報道。
王永志總經(jīng)理介紹，他們是基于氫氣燃燒特點和預(yù)混燃燒原理，提出了創(chuàng)新的氫燃料微混燃燒方案，開發(fā)了30MW級純氫燃氣輪機微預(yù)混低排放燃燒技術(shù)。

該技術(shù)通過微預(yù)混燃燒室氣動熱力設(shè)計、仿真分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計的多輪迭代，采用3D打印技術(shù)完成了一體化燃燒室噴嘴制造，經(jīng)過燃燒室測試驗證，攻克了氫氣燃燒“易回火、強振蕩、排放高”三大技術(shù)難關(guān)，掌握了純氫燃燒機理和特性，形成了自主知識產(chǎn)權(quán)的純氫燃氣輪機燃燒室設(shè)計和控制技術(shù)。

一臺30MW級純氫燃氣輪機機組可將100萬千瓦新能源項目每年5億度棄電轉(zhuǎn)化為2億度穩(wěn)定電力，可滿足6萬個家庭每年的用電需求，有效提高沙戈荒新能源項目經(jīng)濟性和電網(wǎng)輸電穩(wěn)定性。

燃燒室：溫度、精度、強度的“技術(shù)攻關(guān)”，首個氫能3D打印精密件的生產(chǎn)落地
王永志總經(jīng)理說，他們采用3D打印技術(shù)完成了一體化燃燒室噴嘴制造，由于燃燒室的特殊性，對金屬3D打印件的耐高溫性、結(jié)構(gòu)強度、精密程度都提出了近乎苛刻的要求。

△明陽氫燃30MW級純氫燃機

高溫關(guān)：850℃的材料突圍
噴嘴要在850℃下長期"烤驗"，明陽氫燃團隊自主研發(fā)了感性高溫合金材料。美光速造3D打印設(shè)備用精準(zhǔn)激光能量控制實現(xiàn)材料兼容，多輪仿真測試證明：打印件耐高溫性能完全達標(biāo)。

精度關(guān)：千孔如一的微米級挑戰(zhàn)
火焰筒的壁面上分布著上千個小孔，為了保證火焰筒進氣的均勻性，要保證這些孔的尺寸公差控制在微米級，這對金屬3d打印行業(yè)來說都是個艱難的挑戰(zhàn)。目前，美光速造的設(shè)備已經(jīng)完成誤差規(guī)格要求，其實際應(yīng)用中的一致性表現(xiàn)將在后續(xù)通氣/通水的仿真模擬測試中得到驗證。

強度關(guān)：火焰筒及其拼接處的耐用性博弈
高速燃氫的機械震動會磨蝕部件，燃氣輪機1-2萬個小時的硬性生命周期，對打印件的強度及耐磨性提出了極高的要求。目前打印件已適配耐磨性指標(biāo)要求，2000小時的強度仿真結(jié)果，也為后續(xù)長期穩(wěn)定運行鋪好了路。

復(fù)雜結(jié)構(gòu)關(guān)：近千根復(fù)雜糾纏的精密管打印挑戰(zhàn)
近千個糾纏的管，管內(nèi)還有微孔，除了3D打印沒別的招。" 王永志總經(jīng)理的話道破了金屬3D打印在復(fù)雜件上的核心優(yōu)勢。傳統(tǒng)機加工易產(chǎn)生碎屑堵住小孔，后續(xù)拼接更是難題重重，五軸CNC也搞不定，美光速造通過軟件及數(shù)據(jù)調(diào)控完成了艱難挑戰(zhàn)。

△明陽氫燃燃燒室金屬3D打印設(shè)備

從像沙子一樣脆弱，到邁向“量產(chǎn)化”，成本降10倍，生產(chǎn)周期縮15倍
“我以前是做航空件的，業(yè)內(nèi)一致認為3D打印件強度不夠、精度不行。” 龐工程師坦言對金屬3D打印的質(zhì)疑，“后來沒辦法，老板強制要求試用，結(jié)果沒想到是‘真香’！”

40萬-幾萬，成本降十幾倍
在美光之前，首款部件采用傳統(tǒng)機加，不僅成本高達40萬，釬焊整合，整個周期長達45天；找設(shè)備公司加工，雖將成本降至十幾萬，但生產(chǎn)仍卡在45 天。去年5月引入美光速造3D打印機，從加支撐、切片到打印（調(diào)光/鋪粉），到后期線切割、去應(yīng)力熱處理，全流程壓縮至15天，成本更是倍數(shù)級下降。

量產(chǎn)化實踐，生產(chǎn)與成本雙自由
目前，通過前期40個打印件的技術(shù)調(diào)整及4輪打印的數(shù)據(jù)整合，設(shè)備開始了量產(chǎn)化的生產(chǎn)實踐，一旦突破連續(xù)不間斷地批量生產(chǎn)（只需加粉），我們將徹底解放雙手，單個火焰筒的生產(chǎn)周期壓縮到想象不到的3天內(nèi)，成本也將迎來斷崖式的下降，徹底實現(xiàn)生產(chǎn)與成本雙自由。

△應(yīng)用到火焰筒打印上的鋪粉檢測

從“排隊等待”到“雙向奔赴”，降低了成本，成就了效率
王永志總經(jīng)理坦言，最初選擇美光速造，源于行業(yè)普遍存在的痛點——其他廠商要么拒絕接單、要么排期冗長，加工周期根本趕不上項目進度；更關(guān)鍵的是，金屬3D打印行業(yè)尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對方只負責(zé)打出‘型號’，至于能不能用、流量均不均勻，沒法質(zhì)檢，出了問題更沒法追責(zé)，打完就不管了。

而跟美光速造的合作模式截然不同：從打印驗證開始，技術(shù)調(diào)光、數(shù)據(jù)核驗全程有專人跟蹤支持；打印中遇問題能第一時間響應(yīng)解決?！按蠹夷繕?biāo)一致，都是為了滿足實際使用需求”。后續(xù)還將就40個打印件統(tǒng)一開展實踐應(yīng)用測試，依托這幾輪打印數(shù)據(jù)的迭代，設(shè)備運轉(zhuǎn)也將走上正軌。

王永志總經(jīng)理最后總結(jié)說：美光降低了我的成本、成就了我的效率，我用信任與實踐鍛造了美光技術(shù)。