壳牌和GE Additive联合开发具有仿生结构的3D打印氧氢微混合器

2022年11月18日，南极熊获悉，在全球增材制造盛会formnext 2022期间，壳牌与GE Additive公布了联合设计和工程项目的最新成果，一种由3D打印制造的氧氢微混合器。

△壳牌与GE Additive联合开发的3D打印氧氢微混合器

这个复杂的非功能性演示部件，是在GE Additive的概念激光Concept Laser  M Line 3D打印系统上使用镍合金718制造的，该系统安装在壳牌公司位于荷兰阿姆斯特丹能源转型园区 ( ETCA )的3D打印卓越中心和工作室。

△壳牌3D打印卓越中心和工作室

壳牌在位于靠近其科学家和合作伙伴公司的ETCA园区安装了一台3D打印设施，以利用该技术来制作原型和打印功能部件。自从该公司拥有了自己的3D打印能力后，使得该公司的研发部门可以自由地创造市场上没有的新零件，并支持该公司在能源转型方面遇到的技术挑战。

壳牌3D打印技术专家Joost Kroon解释说：“我们真的很想测试M系列，并通过一系列测试进一步了解该设备的极限在哪里。我们与GE Additive团队合作，同意应用3D打印技术来重新构想一个复杂大型部件，其中包含传统方法难以制造的通道。研究氧氢微混合器与我们公司在能源转型中发挥积极作用的战略非常吻合。”

△改造氢微混合器的CAD文件

从自然界的几何学中汲取灵感
位于慕尼黑的GE Additive AddWorks团队的首席设计工程师Sonali Sonawane Thakker的首要任务是研究、设计和迭代Formnext上展示的最终设计。她的任务是设计一个大型、复杂且包含氢气和压缩氧气通道的部件。Sonawane Thakker能够利用该技术提供的设计自由度来重新思考零件的结构和形状。

她说：“我们的初步研究表明，现有的微混合器——也称为氢氧燃烧器，通常是圆柱形的，当采用传统方式制造时，难以适应储罐、管道和喷嘴的复杂布局要求。为了增加复杂性，我们选择了一个大的圆锥形设计，并从平面结构转移到带有ISO网格的弯曲结构，以增加整体强度，而不是通常的平面结构。”

Sonawane Thakker从自然界的几何学和对称性中寻求灵感，尤其是在花朵和花瓣中复制的斐波那契数列。她补充道：”我将330多个独立的喷嘴整合成一个圆形图案，我从花粉粒在花头中的形成方式中汲取了灵感。弯曲的墙壁和圆锥形也反映了花瓣的形状。”

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

构建和后处理
在壳牌和GE Additive团队进行可行性审查和迭代之后，最终确定了重新构想零件的设计和尺寸，并选择镍合金718作为构建材料。

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

Concept Laser  M Line 3D打印系统的构建准备和打印团队负责人Lisa Kieft-Lenders说：“我们从一开始就参与了这个项目并进行了投资，因此，我们特别关注这个项目。鉴于这是迄今为止在M Line上建造的最大和最复杂的部件之一，我们一直与慕尼黑的GE Additive团队保持密切联系，并在阿姆斯特丹得到了他们当地现场服务工程师的支持，得以在9天内顺利完成相关建造工作。”

后处理工作也是在壳牌工厂完成的，通过在设计阶段由Sonawane Thakker加入的除粉孔使这已过程变得更容易。该零件于11月初完成，并被送到formnext的GE Additive展位。活动结束后，微型混合器将被归还并在壳牌的ECTA内展出。

GE Additive在欧洲、中东和非洲的AddWorks领导人Rob Dean说“我们对M Line的性能充满信心。事实上，我们抓住每一个机会用双手测试它的极限。在这个项目中，我不能低估协作和解决问题的力量。它汇集了一些伟大的3D打印思想，最终的结果不仅在视觉上令人惊叹，而且在尺寸和复杂性上也很可观，同样也很强大。”