Schlüssel zu nachhaltiger Dual-Fuel-Wasserstofftechnologie

Juli 18, 2024 | Lesezeit: 10 min

Wie die Gestaltungsfreiheit des 3D-Drucks eine nachhaltige Dual-Fuel-Wasserstofftechnologie ermöglicht

CMB.TECH entwickelt, baut, besitzt und betreibt große Marine- und Industrieanwendungen, die mit Wasserstoff und Ammoniak betrieben werden. Seit mehr als einem Jahrzehnt arbeitet das Team an der Entwicklung von Wasserstoff-Dual-Fuel-Motoren. Das Ziel ist die Dekarbonisierung¹ großer maritimer und industrieller Anwendungen; hier kommt der 3D-Druck ins Spiel. Bestehende Dieselmotoren können in Dual-Fuel-Motoren² umgewandelt werden, indem Wasserstoff über einen 3D-gedruckten Einspritzring in die Brennkammer eingespritzt wird. CMB.TECH entwickelte das Bauteil mit Materialise, einem Mitglied des EOS Contract Manufacturing Network für 3D-Druck. Das im selektiven Laserschmelzverfahren (engl. Selective Laser Melting, Abk. SLM) hergestellte Bauteil aus Aluminium entspricht den Materialpräferenzen der meisten Motorenhersteller. Das Ergebnis ist nicht nur ein sehr leichtes Bauteil mit einem Gewicht von nur 654 Gramm, der 3D-Druck aus Metall ist auch rund 25 Prozent günstiger als das Gießen. Für das Team von CMB.TECH war daher die Entscheidung für die Additive Fertigung (engl. Additive Manufacturing, Abk. AM) klar.

¹Dekabonisierung bezeichnet die Umstellung einer Wirtschaftsweise, speziell der Energiewirtschaft, in Richtung eines niedrigeren Umsatzes von Kohlenstoff. Das Ziel ist auf Dauer die Schaffung einer kohlenstofffreien Wirtschaft, um die Emissionen, die den Treibhauseffekt verstärken und damit die globale Erwärmung verursachen, zu verringern. Quelle: Wikipedia,08.07.2024

²Dual-Fuel-Motoren saugen ein Gas-Luft-Gemisch an, das durch eine kleine Menge eingespritzten konventionellen flüssigen Kraftstoffs entzündet wird, der verbrennt (Pilotzündung) und dadurch dann das gasförmige Kraftstoff-Luft-Gemisch entflammt. Quelle: Wikipedia, 08.07.2024

Hochskalieren mit Metall-3D-Druck

Roy Campe, CTO von CMB.TECH, erklärt, dass sich Wasserstoff und Luft am besten in einer inneren Ringstruktur mischen lassen, die mit AM schnell und einfach entwickelt werden kann. "AM hat unsere gesamte Wahrnehmung dessen, was möglich ist, verändert und das Gesamtkonzept verbessert. Wir konnten diese Designmerkmale nicht einfach in etwas integrieren, das durch Gießen oder ein anderes traditionelles Fertigungsverfahren hergestellt wurde.“ Nach einem Proof of Concept und der Herstellung mehrerer Testteile bei Materialise wurde mit der Serienproduktion begonnen. "Alles, von der Bearbeitung bis zur Montage, ist viel einfacher, wenn man die Komplexität in der Konstruktionsphase durch den Einsatz von AM eliminieren kann. Materialise kümmert sich um alles und wir erhalten ein komplett fertiges Teil", erklärt Roy Campe.

Den Standpunkt des Kunden verstehen

Für Materialise ist es ein entscheidender erster Schritt in der Zusammenarbeit mit Kunden, zu verstehen, wo sie auf dem Weg zur Einführung des 3D-Drucks stehen. Dies ist unabhängig von der Branche essenziell, da nur so ein maßgeschneidertes Programm entwickelt werden kann, das den individuellen Prioritäten des Kunden entspricht. Dabei ist es wichtig, die wirtschaftlichen und technischen Treiber zu identifizieren, die die Kunden antreiben. Die Kunden müssen verstehen, wie der 3D-Druck ihre Geschäftsmodelle beeinflussen kann. Dabei geht es nicht nur um Kosteneffizienz, sondern auch um die Möglichkeit, innovative Designs und komplexe Strukturen zu realisieren, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht realisierbar wären. Hier kommen Methoden wie Opportunity Spotting, Technologie- und Material-Machbarkeitsstudien sowie Design und Engineering für AM ins Spiel. Diese Ansätze helfen, die Vorteile der Additiven Fertigung gezielt zu erkunden und zu nutzen.

Laut Materialise ist die Zusammenarbeit mit CMB.TECH ein gutes Beispiel dafür, wie Herausforderungen durch den Einsatz von 3D-Druck in Vorteile umgewandelt werden können:

·        Zeit bis zur Markteinführung,

·        Bewältigung der Komplexität des Bauteils mit innenliegenden Kanälen für den Wasserstoff,

·        Verbesserte Leistung,

·        Höhere Funktionalität durch Designfreiheit

Eine Revolution steht bevor

Die Dual-Fuel-Revolution ist in vollem Gange und CMB.TECH ist ganz vorne mit dabei. Bei eingehenden Aufträgen kann CMB.TECH die benötigten Teile problemlos produzieren und sich dabei auf AM und seine Vorteile verlassen. Kurze Vorlaufzeiten ermöglichen eine bedarfsgerechte Bestellung, die das Risiko und die Lagerkosten reduziert. Wie bei vielen AM-Projekten werden sich die nächsten Schritte von CMB.TECH auf die kontinuierliche Weiterentwicklung konzentrieren - die Optimierung des Designs, die Ausweitung des Projekts auf verschiedene Anwendungen und die Reduzierung von Material und Kosten, wo immer dies möglich ist.

Auch Materialise blickt positiv in die Zukunft: Die Zusammenarbeit seit 2019 ist eine Partnerschaft, die sich stetig weiterentwickelt und gewachsen ist, mit zunehmender Vernetzung der beiden Teams. Das AM-Know-how und die Fähigkeiten von Materialise ergänzen den Innovationsdrang von CMB.TECH und den Wunsch nach Veränderung bei jedem Schritt. Die Zusammenarbeit mit Kunden erfordert ein tiefes Verständnis ihrer individuellen Bedürfnisse und Herausforderungen. Durch gezielte Analysen, maßgeschneiderte Programme und die Nutzung der einzigartigen Vorteile der Additiven Fertigung können diese Herausforderungen erfolgreich gemeistert werden. Die Technologie von EOS spielt dabei eine entscheidende Rolle. Die Einführung von AM wird durch die Zusammenarbeit von EOS und Materialise entlang der AM-Wertschöpfungskette stark vorangetrieben. Mit den hochmodernen Maschinen von EOS profitiert Materialise von einem hochwertigen Standard-Produktionsprozess, der die Qualität und Effizienz seiner Fertigung erheblich verbessert. Mit der Erfahrung und den Vorteilen, die sich aus dem Einsatz der EOS Technologie ergeben, ist der Contract Manufacturing Network Partner bestens gerüstet, um die vielfältigen Anforderungen seiner Kunden zu erfüllen und die Zukunft der Fertigung entscheidend mitzugestalten. Die Zusammenarbeit ist von Vertrauen und Integration geprägt und alle Parteien teilen das gemeinsame Ziel, die Welt zu einem besseren und gesünderen Ort zu machen.

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