{"id":26586,"date":"2021-01-11T00:01:05","date_gmt":"2021-01-10T23:01:05","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=26586"},"modified":"2021-01-08T16:51:11","modified_gmt":"2021-01-08T15:51:11","slug":"3d-metalldruck-energiesektor-110120211","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/3d-metalldruck-energiesektor-110120211\/","title":{"rendered":"Verbesserung der Leistung von Anwendungen im Energiesektor mit 3D-Metalldruck"},"content":{"rendered":"

Die additive Metallfertigung<\/a> wird zunehmend zur Entwicklung der n\u00e4chsten Generation von Turbomaschinen eingesetzt. Dies sind Maschinen, die Energie zwischen einem Rotor und einem Fluid \u00fcbertragen, einschlie\u00dflich Turbinen und Kompressoren. Um in diesem Bereich innovative Designs zu produzieren, ohne lange und teure Entwicklungszyklen in Kauf nehmen zu m\u00fcssen, investieren Unternehmen in neue Technologien. Zum Beispiel hat Mohawk Innovative Technology vor kurzem die Metalltechnologie von VELO3D in das Kompressordesign eines vom U.S. Department of Energy (DOE) gef\u00f6rderten Concentrated Solar Power (CSP)<\/em> Projekts integriert. Die Herstellung des Kompressors mit herk\u00f6mmlichen Methoden, wie Formenbau und Gie\u00dfen, h\u00e4tte etwa 20 Wochen gedauert und mehr als 90.000 Dollar gekostet. Stattdessen produzierte Mohawk ein Teil, von Anfang bis Ende, in einem k\u00fcrzeren Zeitrahmen. Das reduzierte die Kosten um das 2,5-fache. Wie wirkt sich also der 3D-Metalldruck auf den Energiesektor aus?<\/p>\n

1994 legten die Mitbegr\u00fcnder Jim Walton und Dr. Hooshang Heshmat ihr Fachwissen in den Bereichen Luft- und Raumfahrt sowie Metallurgie zusammen und gr\u00fcndeten Mohawk Innovative Technology, Inc. Das Unternehmen entwickelt \u00f6lfreie Lagertechnik, die in anspruchsvolle Komponenten f\u00fcr die Energie-, Kraftwerks-, Verteidigungs-, Luft- und Raumfahrtindustrie und andere Branchen eingebaut wird. Nach einigen erfolgreichen Projekten, wie z.B. der Entwicklung eines Gussmetall-Radialkompressors f\u00fcr ein Wasserstoff-Transportsystem, haben sie sich f\u00fcr ein neues DOE-gef\u00f6rdertes Projekt qualifiziert.<\/p>\n

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Eine schematische Darstellung der CSP-Anlage. Die Zirkulatoren zur W\u00e4rme\u00fcbertragung (HTF Cirulators) integrieren Kompressorgeh\u00e4use | Bildnachweis: DOE<\/p><\/div>\n

In diesem Projekt mussten sie Zirkulatoren zur W\u00e4rme\u00fcbertragung f\u00fcr ein Concentrated Solar Power (CSP)-<\/em>System entwerfen, das mit der konventionellen Stromerzeugung konkurrenzf\u00e4hig sein sollte. In einem bestimmten Zusammenhang verwenden CSP-Systeme Spiegel, um das Sonnenlicht zu reflektieren und auf einen Receiver zu konzentrieren. Dort wird das Licht gesammelt und in thermische Energie umgewandelt, die zur Stromerzeugung genutzt wird. In diesem Fall lag die thermische Energie in Form von \u00fcberkritischem CO2 (s-CO2) vor, das ist der fl\u00fcssige Zustand von CO2 (wenn CO2 bei oder \u00fcber seiner kritischen Temperatur und seinem kritischen Druck gehalten wird). Bei extrem hohen Dr\u00fccken hat s-CO2 die Dichte einer Fl\u00fcssigkeit, aber die Viskosit\u00e4t eines Gases. Das macht ihn zu einem idealen Leiter f\u00fcr W\u00e4rme und Strom, der viel mehr Leistung als Dampf liefert. Es kann auch durch W\u00e4rmetauscher komprimiert und in Tanks transportiert werden, um f\u00fcr den Energiebedarf in Spitzenzeiten gespeichert zu werden. Aus diesem Grund begann Mohawk mit der Entwicklung eines Kompressorgeh\u00e4uses speziell f\u00fcr s-CO2. Dar\u00fcber hinaus passte die \u00f6lfreie Lagertechnologie von Mohawk perfekt, da \u00d6l mit s-CO2 reaktiv ist und eine Korrosion verursacht.<\/p>

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„Unser Ziel war es, die Kosten f\u00fcr die Maschinen zu senken und diese Anlagen rentabler zu machen. Ein einziger Kompressor f\u00fcr ein 100-Megawatt-CSP-System kann zwischen 7 und 20 Millionen Dollar kosten, so dass es eine echte Chance f\u00fcr Designinnovationen zur Unterst\u00fctzung alternativer Energien gibt. Als das DOE begann, nach M\u00f6glichkeiten zu suchen, die Herausforderungen von s-CO2 in CSP anzugehen, wussten wir, dass wir Antworten liefern k\u00f6nnen.“<\/em>, erkl\u00e4rt Mr. Walton.<\/p>\n

\"3D-Metalldruck

Kunststoffmodell eines HTF-Zirkulators f\u00fcr ein von Mohawk entworfenes CSP-System. Das Teil in Blau ist das Kompressorgeh\u00e4use, das in 3D auf dem Sapphire-Drucker von VELO3D gedruckt wurde (Bildnachweis: Mohawk Innovative Technology).<\/p><\/div>\n

Komplexe Geometrie f\u00fchrt zu einem Umdenken bei Materialien und Fertigung<\/h3>\n

Das Geh\u00e4use musste nicht nur eine frei drehende Welle tragen, sondern auch Voluten (gekr\u00fcmmte Kan\u00e4le) enthalten, die ein schnelles Ansaugen und Aussto\u00dfen von s-CO2 durch den Kompressor erm\u00f6glichen. Chefingenieur Jose Cordova erkl\u00e4rt: „Um so viel Funktionalit\u00e4t in einem konventionellen Kompressordesign zu bieten, w\u00e4re eine Kombination aus drei separaten Teilen erforderlich gewesen. Dar\u00fcber hinaus wussten wir, dass wir angesichts der Dr\u00fccke und der extremen Temperaturen (50-550\u00b0C), denen das in diesem System zirkulierende s-CO2 ausgesetzt ist, eine Superlegierung auf Nickelbasis wie Inconel verwenden mussten. Diese ist bekannterma\u00dfen schwer zu gie\u00dfen.“<\/em> So wurde dem Team schnell klar, dass sie dieses Teil nicht mit traditionellen Methoden herstellen konnten. Und selbst bestehende 3D-Druckverfahren w\u00fcrden Rauigkeiten erzeugen, die die Effizienz beeintr\u00e4chtigen.<\/p>\n

Deshalb entschied sich Mohawk f\u00fcr eine Partnerschaft mit VELO3D, dem Entwickler der st\u00fctzfreien additiven Metall-Fertigungstechnologie<\/a> auf Basis des Laserschmelzens<\/a>. Nach erfolgreichen Zugtests an 3D-gedruckten Inconel-Rohlingen erhielt das Projekt gr\u00fcnes Licht von Dr. Heshmat. Gene Miller, Anwendungstechniker bei VELO3D, sagt: „Es gab viele schwierige Winkel, die typischerweise St\u00fctzkonstruktionen erforderten, was nur weitere Kompromisse f\u00fcr das Design und die Leistung bedeutete. Unsere Technologie erm\u00f6glicht es, Null-Grad-Winkel ohne Unterst\u00fctzung zu drucken, was f\u00fcr die Innenspiralen notwendig war.“<\/em> Mit dem 3D-Druck waren sie auch in der Lage, ein einziges Verbunddesign zu erstellen, anstatt drei Teile zu kombinieren. Das zeigt das Potenzial, das der 3D-Metalldruck f\u00fcr den Energiesektor birgt.<\/p>\n

\"impression

Ein Teil des Kompressorgeh\u00e4uses, das auf der VELO3D Sapphire-Maschine dank der metallischen additiven Fertigungstechnologie ohne Hilfsstrukturen in 3D gedruckt wurde.<\/p><\/div>\n

VELO3Ds additiver Fertigungsablauf<\/h3>\n

Um das Design f\u00fcr den 3D-Druck<\/a> einzurichten, wurde die native CAD-Datei vor dem Druck in VELO3Ds Software Flow<\/em> eingef\u00fchrt. Nachdem das Design in der Software eingerichtet war, wurde das Inconel-Teil in etwa 3,5 Tagen auf dem Sapphire-System von Duncan Machine Products (dem Auftragshersteller f\u00fcr dieses Projekt) gedruckt. Die Software Assure<\/em> von VELO3D \u00fcberwachte den Prozess und meldete kritische Aspekte in Echtzeit, sowie nicht-normale Messungen. Die Software erfasst die relevanten Datenpunkte zusammen mit einer Trendanalyse in einem umfassenden Konstruktionsbericht, der dem Endanwender wichtige Informationen liefert. Reproduzierbare und wiederholbare Ergebnisse sind f\u00fcr Endanwender essentiell, um Vertrauen in den additiven Fertigungsprozess zu haben. Deshalb hat sich VELO3D auf die Entwicklung und Verbesserung dieser Softwarel\u00f6sung konzentriert.<\/p>\n

3D-Metalldruck: die Zukunft der gr\u00fcnen Technologien?<\/h3>\n

Die Mohawk-Ingenieure erkl\u00e4rten, dass sie vom Potenzial der additiven Fertigung<\/a> begeistert sind und glauben, dass sie in Zukunft einen gro\u00dfen Einfluss auf ihr Gesch\u00e4ft haben k\u00f6nnte. Walton kommentiert: „Der 3D-Druck er\u00f6ffnet uns neue M\u00e4rkte und passt perfekt zu uns, da wir uns auf ma\u00dfgeschneiderte Maschinen spezialisiert haben. Es schafft zweifellos neue M\u00f6glichkeiten f\u00fcr kosteng\u00fcnstiges Prototyping sowie die kosteng\u00fcnstige Herstellung von Produktionsteilen f\u00fcr kundenspezifische Systeme.“<\/em> In der Tat mussten die Ingenieure keine Kompromisse bei der Designabsicht eingehen. Mit dem 3D-Metalldruck waren sie in der Lage, schneller zu innovieren und die Herstellungskosten zu senken, w\u00e4hrend sie gleichzeitig die Leistung erh\u00f6hten, was den Weg f\u00fcr Anwendungen im Energiesektor ebnet! Weitere Informationen \u00fcber die Technologie und die Anwendungen von VELO3D finden Sie auf der offiziellen Website<\/a> des Unternehmens.<\/p>\n

Kann der 3D-Metalldruck den Energiesektor verbessern? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf\u00a0Facebook,\u00a0<\/a>Twitter<\/a>,\u00a0\u00a0LinkedIN<\/a>\u00a0oder\u00a0Xing<\/a>\u00a0mit. M\u00f6chten Sie au\u00dferdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der Additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt f\u00fcr unseren\u00a0w\u00f6chentlichen Newsletter.<\/a><\/p>\n

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