Når håndsvejsning bliver en flaskehals: Blue World Technologies satser på 3D-printet brænder

Når du vil fortrænge dieselgeneratorer og gøre metanol til en grøn energibærer, skal teknologien bag være ekstremt robust – og her kan 3D-print vise sig at være løsningen for Blue World Technologies.

Blue World Technologies udvikler brændselscellebaserede generatorer til blandt andet telekom-markedet, hvor generatorerne skal være med til at sikre autonomi og fortsat drift af fx antenner i tilfælde af strømsvigt. I den forbindelse viste en tilsyneladende simpel komponent sig at være en afgørende udfordring: en højtemperaturbrænder, der både skal kunne håndtere metanol og brint ved meget høje temperaturer.

Den oprindelige brænder – en såkaldt open flame brænder – var fremstillet af tynde plader, som var bukket og håndsvejst sammen. Kombinationen af en eksotisk legering og mange svejsesømme gjorde dog komponenten både dyr og sårbar. Især svejsningerne var de svage punkter, da variationer i det håndværksmæssige arbejde gav udfordringer med ensartethed og levetid.

- Det har været vigtigt for os at fjerne de usikkerheder, der er ved håndbårne processer. Fx kan svejserobotter jo også opnå en større ensartethed end selv rigtig dygtige svejsere. Men hvis du helt kan undgå at svejse, så er det den bedste løsning – det lærte jeg tilbage på uddannelsen, fortæller Søren Juhl Andreasen, Head of Fuel Cell Stack and Low-Power Platform hos Blue World Technologies

Ind i varmen: 3D-print i inconel

Blue World Technologies kontaktede Teknologisk Institut for at undersøge, om metal 3D-print kunne være vejen til en mere robust og skalerbar løsning. Materialevalget faldt på inconel, fordi komponenten udsættes for ekstrem varme. Inconel dækker over en gruppe af nikkel-krom-baserede superlegeringer, som er kendt for enestående korrosionsbestandighed, oxidationsbestandighed og høj styrke ved ekstreme temperaturer.

Den helt store forskel var dog, at denne gang skulle det være en additivt fremstillet brænder i stedet for plade og svejsning.

Blue World Technologies ønskede selv stå for design og videreudvikling, mens Teknologisk Institut skulle være sparringspartner på, hvordan geometrier og funktioner kunne realiseres med 3D-print. Målet var, at Blue Worlds ingeniører gradvist lærte at tænke “print first” – både i forhold til designregler og mulighederne i at integrere flere funktioner i én komponent.

Drop-in erstatning – og langtidstest i hårdt miljø

Første skridt var en 3D-printet version af brænderen, der lå tæt op ad det oprindelige design for at kunne fungere som drop-in erstatning i eksisterende systemer. Indledende tests viste, at funktionaliteten matchede – og at brænderen kunne indgå i komplekse brændselscellesystemer uden andre ændringer.

Efterfølgende er Blue World Technologies gået i gang med accelererede langtidstests, hvor brænderen bogstavelig talt får nogle tæsk for at komprimere testtiden.

Nogle af de første versioner, vi fik 3D-printet, kører stadig. Vi forsøger desperat at smadre dem, men det går ikke så godt. De virker stadigvæk

- Søren Juhl Andreasen, Blue World Technologies

Færre dele, lavere pris – og mere viden

I arbejdet med 3D-print er Blue World Technologies nu begyndt at udnytte teknologiens designfrihed mere offensivt til de næste versioner af brænderen: færre enkeltdele, ingen svejsesømme, integrerede rør og muligheder for mere sofistikeret styring af forbrænding og temperatur.

Men allerede i den indledende version har reduktionen i såvel materialeforbrug som manuel produktionstid betydet, at stykprisen er lavere end for den svejste udgave.

- Hvis du har en dims bestående af 50 komponenter, så skal du svejse dem sammen og have fiksturer og lignende. Det tager bare tid. Så allerede på nuværende stadie har vi lavet omkostningsreduktioner med den 3D-printede udgave – primært på materialereduktion og fremstillingstid, fortæller Søren Juhl Andreasen.

Men værdien er flersidet: højere og mere stabil kvalitet, længere levetid, lavere kostpris – og et internt ingeniørteam, der nu selv kan designe næste generations 3D-printede komponenter. I den forbindelse er der ros til Teknologisk Instituts specialister.

Samarbejdet har været effektivt og fleksibelt, og Teknologisk Institut har været friske på at gøre tingene på ’vores’ måde, hvor vi selv tog ejerskab over processen. De ting, vi arbejder med, er helt nye, så ingen har svarene på, hvordan det skal laves; men vi fik mulighed for at afprøve en del forskellige ting

- Søren Juhl Andreasen, Blue World Technologies

Næste skridt: mindre, billigere, mere udbredt

Som noget af det næste kunne Blue World Technologies godt tænke sig at kigge på ’miniaturisering’ – dvs. at reducere højde og diameter på komponenten, så printtiden og dermed prisen kommer endnu længere ned. Og så handler det om at få brænderen fuldt valideret til kommercielle kundeløsninger.