Protolabs 3D打印大型金屬封隔器，可應用于地熱能源領域
時間：2022-12-08 10:55 來源：未知 作者：admin 閱讀：次
在2022年8月份，美國能源部（DOE）發布了美國本土地熱制造獎（American-Made
GeothermalManufacturing Award）一等獎獲得者的名單，其中之一就是Downhole
EmergingTechnologies（DET）公司。這家位于休斯敦的初創公美司因其開發的用于提取地熱能源的全金屬系統而獲得了50萬美元的現金獎勵（以及高達20萬元的額外資金）。
△圖片來源：維基百科
DET創造的部件是石油和天然氣鉆探中使用的金屬封隔器，由位于明尼蘇達州的先進加工和增材制造（AM）服務提供商Protolabs打印。在Protolabs團隊公布的案例研究中，概述了他們為DET增材制造金屬封隔器所做的工作。除了強調增材制造在地熱能源領域可以發揮的作用之外，該案例研究還有助于說明增材制造在可再生能源領域的潛力。
△圖片來源：Protolabs
據Protolabs稱，在多次嘗試設計該零件以便用傳統機械加工生產后，DET最終確定的迭代方案只能用增材制造。Protolabs在GE
Additive X生產線打印機上打印了用于評獎的最終部件，稱為鉆石極端溫度隔離封隔器（E-TIP），采用Inconel
718，這是一個直接金屬激光燒結（DMLS）平臺。
在石油和天然氣等地熱能源的鉆探中，封隔器是必要的部件，因為它可以為灌入鉆井的水泥創造一個基礎。當前，行業內有許多不同的地熱能提取方法，但所有用于發電廠的增強型地熱系統（EGS）概念都涉及深井鉆探，目的是將自然產生的熱水或蒸汽引到地面的發電廠。然后，提取的液體或蒸汽被用作直接加熱源，或用于加熱另一種燃料源，如異丁烷。
△圖片來源：DET
盡管商業上可用的石油和天然氣的封隔器通常由橡膠或塑料制成，但這些材料通常不適合與地熱能源相關的高溫。而且，考慮到為金屬封隔器開發新設計的挑戰，DET的團隊選擇了增材制造技術--就像通常有關重工業終端產品的應用一樣--因為他們首選設計的最終版本具有獨特的形狀。DET的首席執行官Ken
Havlinek在接受Protolabs的內容團隊采訪時解釋了這一點。
Havlinek非常簡潔地總結了DET轉向增材制造技術的理由："為什么我們不選擇其他加工方法制造封隔器呢？除了因為封隔器是空心的，還有一些額外的因素表明它更適合于3D打印。具體來說，我們設計它的目的是要用更少的力量來壓縮它和拉伸它，并獲得完全相同的變形和性能。我們希望使用盡可能少的能量來設置這個東西，然后讓這個東西脫離或縮回。完成這些操作所需的力越小越好。因此3D打印使我們能夠減少所需的力量。“
△圖片來源：DET
Havlinek還提到，DET最初并不只是開發一個獨特的封隔器系統，而是要開發一個全新的設置系統（用于放置封隔器，并對其施加壓力）。特別是在能源部競賽所要求的時間范圍內，只有通過增材制造技術才能實現復雜的設計，這使得DET和Protolabs能夠執行一個封隔器的概念，在利用商業設置系統的同時完成工作。
△圖片來源：DET
最新一代的地熱能源系統恰好是在一個最佳的時間出現的，相對于一般的先進制造技術，特別是增材制造支持的供應鏈的預期規模。這本身就說明了DET和Protolabs所展示的課程的相關性，即可再生能源領域的公司通過將增材制造納入其供應鏈可以實現的優勢。最簡單地說，可再生能源公司可以利用目前商業上最好的東西，同時也可以在新的挑戰出現時創造自己的新的解決方案。可再生能源供應商處于一個理想的位置，能夠從現有的供應鏈中獲益，同時又相對不受它們的約束。
因此，不僅僅是這兩個行業擴大規模的偶然的共同時機，使增材制造成為可再生能源公司的合理選擇。從長遠來看，全球經濟越是轉向利用可再生能源，就越是明顯，一刀切的解決方案不會像傳統的化石燃料供應鏈那樣適用于可再生能源。由于可再生能源在本質上必須與周圍的生態環境合作，而不是對抗，可再生能源公司將不可避免地面臨越來越多的情況，需要為特定用途設計硬件。正如DET和Protolabs提供的案例研究所示，增材制造將是確保這種努力取得成功的一個不可或缺的工具。
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