Das 3D-Druck-Unternehmen GE Additive arbeitete gemeinsam mit Shell an einem Design-Konstruktionsprojekt. Dabei entstand mit 3D-Druck ein Sauerstoff-Wasserstoff-Mikromischer, der auch auf der Formnext 2022 zu sehen war. Wir stellen das Projekt einmal vor.

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In einer Pressemitteilung, die das 3D-grenzenlos Magazin erhalten hat, berichtet GE Additive über seine gemeinsames Design- und Konstruktionsprojekt mit Shell International B.V., dessen Ergebnis, einen 3D-gedruckten Sauerstoff-Wasserstoff-Mikromischer, sie auf der Formnext 2022, die heute am 18.11.2022 zu Ende geht, vorstellen. Das komplexe, nicht funktionsfähige Demonstrationsteil wurde mit einer Nickellegierung auf dem GE Additive Concept Laser M Line System gedruckt. Auf der Formnext finden Sie GE Additive in Halle 11.0, Stand D41.

3D-Druck mit der M-Line bei Shell

CAD-Datei des neu gestalteten Wasserstoff-Mikromischers
Als Material wählten das Team nach einigen Tests die Nickellegierung 718 (im Bild: CAD-Datei des neu gestalteten Wasserstoff-Mikromischers) (Bild © GE Additive).

Shell nutzt eine 3D-Druck-Anlage in seinem 3D Printing CoE and Workshop, das Teil des Energy Transition Campus Amsterdam (ETCA) des Unternehmens in den Niederlanden ist. Die Anlage befindet sich in der Nähe seiner Partnerunternehmen und Wissenschaftler. Die additive Fertigung nutzt Shell, um Prototypen zu entwickeln und Funktionsteile zu drucken.

Joost Kroon, Fachexperte für additive Technologien bei Shell, erklärt:

„Wir wollten die M-Linie wirklich auf Herz und Nieren prüfen und bis an ihre Grenzen testen. In Zusammenarbeit mit dem Team von GE Additive haben wir uns darauf geeinigt, die additive Technologie anzuwenden, um ein großes, komplexes Teil neu zu gestalten, das Kanäle enthält, die auf herkömmliche Weise nur schwer herzustellen wären. Die Arbeit an einem Sauerstoff-Wasserstoff-Mikromischer passt gut zu den Strategien unserer Unternehmen, eine positive Rolle bei der Energiewende zu spielen.“

Inspiration aus der Natur

Sonali Sonawane Thakker, Lead Design Engineer im AddWorks-Team von GE Additive mit Sitz in München, kümmerte sich um die Recherche, das Design und die Iteration des endgültigen Designs der auf der Formnext vorgestellten Komponente. Vorgesehen war der Entwurf eines großen, komplexen Teils, das Kanäle für Wasserstoff und komprimierten Sauerstoff enthält. Die Ingenieurin ließ sich von Geometrien und Symmetrien in der Natur inspirieren, insbesondere von der Fibonnaci-Folge, die in Blumen und Blütenblättern nachgebildet ist.

Dazu erklärt sie:

„Mit über 330 einzelnen Düsen, die in einem kreisförmigen Muster integriert werden können, habe ich mich von der Art und Weise inspirieren lassen, wie sich Pollenkörner in einem Blütenkopf bilden. Die geschwungene Wand und die konische Form spiegeln auch die Form eines Blütenblattes wider.“

Additiv gefertigter Sauerstoff-Wasserstoff-Mikromischer
Auf der Formnext 2022 stellen GE Additive und Shell ihr gemeinsames Design- und Konstruktionsprojekt vor (im Bild: additiv gefertigter Sauerstoff-Wasserstoff-Mikromischer) (Bild © Shell).

Sie erklärte, dass sich in den Voruntersuchungen zeigte, dass bestehende Mikromischer – auch bekannt als Wasserstoff-Sauerstoff-Brenner – konventionell hergestellt typischerweise zylindrisch sind. Für mehr Komplexität haben sich die Beteiligten für ein großes konisches Design entschieden, um von einer flachen zu einer gekrümmten Struktur mit einem ISO-Gitter überzugehen, um die Gesamtfestigkeit zu erhöhen.

Aufbau & Nachbearbeitung

Als Material wählten sie nach einigen Tests Nickellegierung 718. Anschließend druckten sie das Teil mit einer Höhe von rund 296 mm, einem Durchmesser von 484 mm und einer Fläche von X ~ 429 mm und Y ~ 490 mm.

Lisa Kieft-Lenders, Teamleiterin, die die Bauvorbereitung und den 3D-Druck zusammen mit Dennis Boon, einem Techniker im Shell-Werk, überwacht, sagte:

„Wir waren von Anfang an in das Projekt involviert und haben daher diesen Bau besonders nah begleitet und in seinen Erfolg investiert. Da dies eines der größten und komplexesten Teile ist, die bisher auf einer M-Linie gebaut wurden, blieben wir in engem Kontakt mit dem Team von GE Additive in München und wurden vor Ort hier in Amsterdam von ihrem lokalen Außendiensttechniker unterstützt. Nach einigen Anpassungen zu Beginn lief der Aufbau über neun Tage reibungslos.“

von links nach rechts: Rik van der Meer, Joost Kroon, Dennis Boon und Lisa Kieft-Lenders, Shell 3D Printing Center of Excellence and Workshop
Die additive Fertigung nutzt Shell, um Prototypen zu entwickeln und Funktionsteile zu drucken (im Bild: von links nach rechts: Rik van der Meer, Joost Kroon, Dennis Boon und Lisa Kieft-Lenders, Shell 3D Printing Center of Excellence and Workshop)(Bild © Shell).

Die Nachbearbeitung wurde durch die Einbeziehung von Pulverentfernungslöchern erleichtert. Nach der Präsentation auf der Formnext 2022 wird der Mikromischer zurückgegeben und auf der ECTA von Shell ausgestellt.

Rob Dean, AddWorks-Leiter im EME-Bereich von GE Additive, sagte:

„Wir sind von der Leistungsfähigkeit der M Line überzeugt. Tatsächlich nutzen wir jede Gelegenheit, um es mit beiden Händen an seine Grenzen zu bringen. Ich kann die Kraft der Zusammenarbeit und der Problemlösung während dieses Projekts nicht unterschätzen. Das Endergebnis ist von einer beachtlicher Größe, komplex und ebenso stark.“

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