殼牌和 GE Additive 合作開發(fā) 3D 打印氧氫微混合器

殼牌和GE Additive的聯(lián)合制造的氧氫微混合器3D打印展品

在 Formnext 2022 期間，殼牌國際公司和GE Additive公布了一個聯(lián)合設(shè)計和工程項目的成果：增材制造的氧氫微混合器。氧氫微混合器也稱為氫氧燃燒器，此類部件通常用于設(shè)計用于有效熔化金屬廢料的熔爐，或工業(yè)、煉油廠或發(fā)電渦輪機。該模型由鎳合金718使用Concept Laser M Line3D打印機生產(chǎn)，最初只是作為原型開發(fā)的，但隨著GE從事許多渦輪機研發(fā)項目，類似的東西有一天可能會找到最終用途。

“我們真的很想讓M Line通過它的步伐，并測試它的極限，”殼牌的增材技術(shù)主題專家Joost Kroon解釋說?！拔覀兣cGE增材制造團隊合作，同意應用增材技術(shù)來重新構(gòu)想一個大型、復雜的零件，納入傳統(tǒng)上難以制造的通道。開發(fā)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?！?/span>

GE Additive的ATC研發(fā)

作為美國能源跨國公司 GE 的一個業(yè)務部門，GE Additive 專注于利用金屬 3D 打印潛力設(shè)計和制造零件。大部分工作發(fā)生在位于辛辛那提的 GE 增材技術(shù)中心 (ATC) 以及附近較新的 GE 增材工廠，在生產(chǎn)前優(yōu)化了兩個零件的設(shè)計和公司自身的技術(shù)。

GE 的 3D 打印燃料噴嘴頭是該設(shè)施開發(fā)的最引人注目的部件之一。該部件設(shè)計為比 CFM56 替代品輕 25%，燃油效率高 15%，已成為航空航天工業(yè) 3D 打印的典型代表，現(xiàn)已制造超過 140,000 次。

在過去十年中，GE 通過收購 Morris Technologies、Arcam 和 Concept Laser 建立了其 3D 打印能力。該公司不僅繼續(xù)銷售這些機器，而且使用它們來開發(fā)更多的航空航天零件。這些已在 GE90、GE9X 和 Catalyst 發(fā)動機以及 GE-Safran Aircraft Engines 合資企業(yè) CFM International 的 LEAP 發(fā)動機中得到應用。

GE 的技術(shù)現(xiàn)在在國防領(lǐng)域越來越受歡迎，它正在與美國陸軍合作開發(fā) GE T901 發(fā)動機的替代品。為了擴大其商業(yè)產(chǎn)品，該公司還推出了 3 系列 Binder Jet 3D 打印機，該平臺旨在實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)鑄件等大型金屬部件。

3D打印增強型微型混合器

殼牌和 GE Additive 的微混合器原型是作為聯(lián)合設(shè)計和工程項目的一部分開發(fā)的，旨在將 M 系列推向絕對極限。從一開始，GE Additive 工程師 Sonali Sonawane 的任務就是研究、設(shè)計和迭代零件的設(shè)計，然后在今年的 Formnext 貿(mào)易展上制造和展示。

具體來說，Sonawane 的任務是想出一個大型、復雜的部件，該部件具有供氫氣和壓縮氧氣通過的通道。當她和 GE Additive AddWorks 團隊的同事選定氧氫微混合器后，他們發(fā)現(xiàn)他們能夠利用 3D 打印提供的設(shè)計自由度來開發(fā)具有結(jié)構(gòu)增強阻力特性的部件。

Sonawane 解釋說：“我們的初步研究表明，現(xiàn)有的微混合器在采用傳統(tǒng)制造方式時通常是圓柱形的，以適應儲罐、管道和噴嘴的復雜布局。為了增加復雜性，我們選擇了一個大的圓錐形設(shè)計，并且還從平面結(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)?！?/span>

將 330 多個獨立噴嘴組合成一個圓形圖案，由此產(chǎn)生的部件圍繞類似于斐波那契數(shù)列的圖案構(gòu)建，僅在花朵和花瓣中復制。該大型建筑高 296 毫米，直徑 484 毫米，經(jīng)過后期處理（并已在荷蘭阿姆斯特丹殼牌能源轉(zhuǎn)型園區(qū) (ETCA) 展出）。

雖然名義上是作為原型開發(fā)的，但微混合器也可以在 GE 更廣泛的能源業(yè)務中應用。就在 2022 年 10 月，通用電氣還從美國能源部獲得了 660 萬美元的資金，用于開發(fā)能夠燃燒更高水平氫氣的 F 級燃氣輪機，使其更具可持續(xù)性。

殼牌參與微混合器的開發(fā)標志著在石油和天然氣領(lǐng)域更廣泛采用 3D 打印的更廣泛趨勢。事實上，殼牌在今年早些時候與玻璃纖維增強專家 Poly Products 合作，還為其海上設(shè)施之一 3D 打印了過時部件，從而幫助其繞過了成本和交貨時間障礙。

殼牌 3D 打印卓越中心和車間的工程師

認識到這種需求轉(zhuǎn)變，3D Systems 也將其經(jīng)過認證的 CuNi30 3D 打印材料推向了市場。該合金最初是為 Huntington Ingalls Industries 的子公司 Newport News 開發(fā)的，當暴露在 400°C (752°F) 到低溫 -270°C (-454°F) 的溫度范圍內(nèi)時，該合金具有出色的耐腐蝕性和高水平的穩(wěn)定性。

“鑒于這是迄今為止在M生產(chǎn)線上建造的最大和最復雜的零件之一，我們一直與慕尼黑的GE添加劑團隊保持密切聯(lián)系，并在阿姆斯特丹當?shù)噩F(xiàn)場服務工程師的支持下提供支持。經(jīng)過一開始的一些調(diào)整，構(gòu)建在九天內(nèi)順利運行，“Kieft-Leenders說。

在設(shè)計階段 Sonawane Thakker 在混合器中加入了除粉孔，使得打印件的后處理變得更容易。該部件于11月初完成，并送到GE添加劑在Formnext的展位?；顒咏Y(jié)束后，微型混合器將被退回并在殼牌的ECTA展出。

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