3D geprinte verstuivers maken scheepvaart milieuvriendelijker
Onderzoek Deense universiteit en MAN Energy Solutions levert goede resultaten op
Het 3D printen van brandstofinjectoren voor scheepsmotoren kan de scheepvaart milieuvriendelijker maken. Door het design van de verstuivers aan te passen, verbetert de verbranding. Eerste testen wijzen er bovendien op dat de NOx emissie kan afnemen. Dat blijkt uit onderzoek door Thomas Dahmen van de Technische Universiteit van Denemarken en MAN Energy Solutions. Binder jetting biedt hierbij als AM-technologie veel perspectief.
Postdoc Thomas Dahmen DTU Mechanical Engineering (Danmarks Tekniske Universitet) heeft in een gezamenlijk project van de universiteit en de fabrikant van zware motoren onderzoek gedaan naar de mogelijke voordelen van additive manufacturing van de verstuivers op milieugebied. Hiervoor heeft hij een Quality Deployment Function analyse gedaan; dit is een analysemodel dat inzicht geeft in de waarde die 3D printen voor een product als geheel kan hebben.
Thomas Dahmen (DTU): aanpassen van verstuiverdesign leidt tot betere brandstofstroming
Betere prestaties en langere levensduur
“Door het model toe te passen en het te combineren met technisch inzicht in zowel 3D-printmethoden als brandstofinjectie, heb ik een modulaire kit gemaakt van hoe 3D-geprinte verstuivers kunnen worden ontworpen om de motorprestaties en de levensduur van het product te verhogen,” legt Thomas Dahmen uit. De verbetering van de verstuiver is gebaseerd op het feit dat een betere brandstofstroom kon worden bereikt met een iets ander – en meer gebogen – ontwerp. Op die manier draagt het nieuwe ontwerp bij aan een betere verbranding van de motor. De eerste proeven wijzen er ook op dat de verstuiver zou kunnen helpen om de NOx-uitstoot van de motor te verminderen, maar verdere studies zullen nodig zijn om een dergelijk effect aan te tonen.
Testen op full-scale scheepsmotor
Omdat de analyse veelbelovende resultaten opleverde, is het ontwerp getest bij een full scale testmotor van MAN Energy Solutions in het onderzoekscentrum in Kopenhagen. Hier moeten nog duurtesten worden gedaan om meer definitieve uitspraken te kunnen doen. Peter Hagen, engineer bij MAN Energy Solutions, toont zich echter vrij zeker dat de metalen componenten in de toekomst toegepast gaan worden in de scheepsmotoren. “Thomas gedegen onderzoek heeft ons een geweldige basis gegeven van waaruit we verder kunnen komen met 3D printen van metalen onderdelen voor scheepsmotoren.”
Vergelijking binder jetting en LPBF
Thomas Dahmen heeft niet alleen naar de invloed van een gewijzigd design gekeken. Hij heeft voor de productie van de brandstofinjectoren ook twee AM-technieken met elkaar vergeleken. Hij heeft de voor- en nadelen van laser poederbed fusion en binder jetting naast elkaar gezet voor verschillende legeringen. “Dit deel van de analyses toonde de geschiktheid aan van Binder Jetting voor ingewikkelde stromingsgerelateerde nozzle-kenmerken en speciale hoge temperatuur materialen die onmogelijk te realiseren zouden zijn met andere fabricageprocessen” zegt de postdoc van DTU.
