A Mohawk Inc. a Velo3D porágyas technológiájával gazdaságos módon állít elő – szilárd-oxid üzemanyagcellák hatékonyságát növelő – járókerekeket és csigaházakat. Az SOFC technológia ezáltal a fejlesztési fázisból kilépve, hamarosan a kereskedelmi szférában is megjelenhet.
Mi is az a szilárd-oxid-üzemanyagcella technológia? Az SOFC olyan elektrokémiai eszköz, amely közvetlenül egy szénhidrogén oxidációjával termel villamos energiát szénhidrogén tüzelőanyag (általában földgáz) felhasználásával, azonban ez nem a tüzelőanyag elégetésével történik. Az SOFC lényegében úgy működik, mint egy végtelen élettartamú akkumulátor, amelyet folyamatosan újratöltenek, anélkül, hogy az a felhasznált gázt elégetné. A rendszer igen energiahatékony, hiszen az akkumulátorokkal ellentétben ezek nem veszítenek energiát az idő múlásával, mert amíg a reagensek rendelkezésre állnak, az elektrokémiai reakciókat szinte a végtelenségig lehet folytatni.
A Mohawk az alapvető alkatrészek újratervezésének és gyártásának újabb lehetőségeit vizsgálta. Az egyik alapvető alkatrész, az anódgáz-visszaforgató fúvó (AORB), amely az egység egyensúlyának alapvető eleme. Működés közben az egyes üzemanyagcellák a betáplált gáznak csak 70%-át használják fel; a fennmaradó 30% a vízzel (mely az elektrokémiai reakció terméke) együtt áthalad a rendszeren. A turbina szerepe ezen gázok visszaforgatása a folyamat elejére.
A SOFC-k költségcsökkentése és teljesítményének javítása érdekében a Mohawk elkezdett az additív gyártás felé fordulni. A fém AM, különösen a Velo3D által nyújtott integrált megoldás lehetővé tette a Mohawk számára, hogy rugalmasan közelítse meg a tervezési kihívást, és gyors iterációs időközönként optimalizálhassa az alkatrészeket.
„A hagyományos gyártás alkalmazása mindössze néhány egyedi járókerék vagy csigaház elkészítéséhez rendkívül költséges lett volna” – mondja Jose Luis Cordova, műszaki alelnök. „Ezért kezdtük el az additív gyártást vizsgálni; saját kutatásokat végeztünk az AM rendszerek gyártóival kapcsolatban, és kapcsolatba léptünk a porágyas technológia szolgáltatójával, a Velo3D-vel. Nem volt szükséges jelentős változtatásokat végrehajtanunk az eredeti terveken, amellyel dolgoztunk – a Velo3D Sapphire rendszerével egyszerűen kinyomtathattuk, amit akartunk. Néhány folyamatbeállítást és finomhangolást végeztünk a támaszok és a felületi minőség módosítása érdekében.”
„Az olyan vállalatokkal való együttműködés, mint a Mohawk, akik hajlandóak velünk együttműködni és visszajelzést adni, elősegíti a belső folyamatparamétereink és képességeink fejlesztését, és segít nekünk abban, hogy hogyan javítsuk a nyomtatási módszereinket” – mondja Matt Karesh, a Velo3D projektvezetője.
Hannah Lea, Jose Luis Cordova, Rochelle Wooding (balról jobbra)
Az iterációs folyamat során a csapat egy „feláldozható palástot” fejlesztett, mely egy ideiglenes nyomtatott elem, amely a gyártás során megfelelően támasztotta a lapátokat. A módszer a felületi minőségen is sokat segített, hiszen ezzel az elemmel előnyösebbé vált a lapátok nyomtatási pályája. A kívánt minőséget ezután extrúziós hónolással érték el. A végső gyártmány minősége összemérhető volt a hagyományos öntvényekével, és az aerodinamikai kívánalmakat is teljesítette. Az Inconel® 718 ötvözet kiválasztásával, amely kémiailag eléggé inert ahhoz, hogy magas hőmérsékleten is megőrizze mechanikai tulajdonságait, a Mohawk képes volt elérni a projekt által megkövetelt tartóssági szabványokat. Bár a Velo3D már alkalmazta az Inconel® 718 ötvözetet a gépein, a Mohawk további anyagvizsgálatokat végzett, hogy bővítse a szuperötvözettel kapcsolatos ismeretkört.
A Mohawk és a Velo3D csapatai szoros együttműködéssel, gyors tervezési iterációval és kreatív megközelítéssel tudták elérni a projekt követelményeit. A következő lépések az AORB-k utólagos felszerelése az új járókerékkel, és azok tesztelése üzemi körülmények között.
„Arra számítunk, hogy e két feladat sikeres végrehajtása teljes mértékben bebizonyítja, hogy az LPBF-technológiával előállított 3D-nyomtatott Inconel-alkatrészek életképes és megbízható alternatívát jelentenek a turbinaalkatrészek gyártásához” – mondja Cordova.
Ráadásul, a fém AM használatával a költségcsökkentés is jelentős volt. Míg a hagyományos, szubsztraktív módon gyártott járókerekek darabja 15.000-19.000 dollárba került, addig a 3D-nyomtatott alkatrészek ára 600-1200 dollár körül mozgott.
Ahogy az alternatív energiaforrások igyekeznek szélesebb körben elterjedni, minden lehetőséget fel kell tárni a költségcsökkentés érdekében, hogy jobban felvehessék a versenyt a hagyományosabb, azonban környezetszennyezőbb energiaforrásokkal. Amint azt a Mohawk is bemutatta, a fém 3D nyomtatás lehetőséget kínál a mérnököknek arra, hogy a költségek csökkentése mellett javítsák az alapvető alkatrésztervezési folyamatokat. Egy olyan területen, ahol az innováció mindenek felett áll, az olyan gyártástechnológiák, mint a 3D nyomtatás, tökéletesen szolgálják ezen célokat.
ForrásVelo3D