Nye grønne brændstoffer og et mål om at øge ydelsen kan gøre det attraktivt at 3D printe dele af de store fragtskibes motorer.
De store skibsmotorer på verdens fragtskibe er et væsentligt fokusområde i den martime verdens bestræbelser på at blive mere bæredygtig. Det gælder også de enkelte dele af motoren, der kontinuerligt skal optimeres for at kunne honorere fremtidens krav om et mindre og mere grønt brændstofforbrug.
En væsentlig komponent i den sammenhæng er indsprøjtningsdysen, der sørger for at sprøjte brændstof ind i motoren, hvor det blandes med ilt, så den bedste forbrænding sikres.
I et samarbejdsprojekt mellem DTU og MAN Energy Solutions har en ung forsker lavet en omfattende afdækning af, om det kan være en fordel at lave en indsprøjtningsdyse, der bliver fremstillet i 3D print.
”Vi har i MAN Energy Solutions længe været opmærksomme på, at 3D printet metal kan give os nogle muligheder til at udforme vigtige dele af vores skibsmotorer, som vi ikke tidligere har haft. Derfor var det oplagt at indgå et samarbejde med DTU om at undersøge potentialet,” siger Peter Hagen, maskiningeniør hos MAN Energy Solutions.
Bred analyse af mulighederne med 3D print
Postdoc Thomas Dahmen fra DTU Mekanik har udført undersøgelsen, hvor han startede med at gennemføre en 3D print Quality Function Deployment analyse. 3D-QFD er en analysemodel, der anvendes til at give overblik over, hvilken værdi 3D print kan tilføre en virksomhed.
”Ved at anvende modellen og kombinere den med teknisk indsigt i både 3D printmetoder og indsprøjtningsdysens funktion, har jeg skabt et overblik over, hvordan en 3D printet dyse kan udformes, så den øger motorens ydelse,” siger Thomas Dahmen.
Forbedringen af indsprøjtningsdysen tog udgangspunkt i, at den med en lidt anderledes udformning - til et mere buet design - kunne forbedre flowet af brændstof. På den måde bidrager den nye udformning af dysen til en bedre forbrænding i motoren. De første forsøg tyder også på, at dysen potentielt kan medvirke til at reducere NOx emissioner fra motoren, men det kræver yderligere undersøgelser at kunne eftervise den effekt.
Sammenligning af to forskellige teknikker til 3D print
Den nye 3D printede indsprøjtningsdyse viste så lovende resultater i laboratoriet på DTU, at den efterfølgende blev testet på MAN Energy Solutions’ fuldskala forsøgsmotor på Research Centre Copenhagen i København.
”Testen gik godt, og vi glæder os til som det næste at foretage en langtidstest,” siger Peter Hagen og fortsætter:
”Vi har med Thomas’ grundige afdækning fået et fantastisk grundlag for at gå videre med 3D print i metal af komponenter til skibsmotorer. Jeg er helt sikker på, at vi kommer til at se dem i skibsmotorer inden længe.”
Peter Hagen understreger, at samarbejdet med DTU om fortsat optimering af skibsmotorer fortsætter i fremtiden.
I den omfattende analyse har Thomas Dahmen udover at kigge på design af dysen også sammenlignet fordele og ulemper ved to forskellige teknikker til brug ved fremstilling af metal 3D print, Laser Powder Bed Fusion og Binder Jetting, ligesom han har kigget på forskellige materialetypers egnethed til at fremstille dyserne.
”Denne del af analyserne pegede på at anvende Binder Jetting 3D printmetoden til den nye mere flowrelaterede funktion og udformning af dysen, og med en speciel nikkelbaseret højtemperatur legering som materiale,” siger Thomas Dahmen.