謝菲爾德大學(xué)采用WAAM技術(shù)生產(chǎn)航空航天用儲氫罐

2023年10月26日,，南極熊獲悉,，來自謝菲爾德大學(xué)AMRC西北分校的增材制造專家正在探索一種創(chuàng)新技術(shù),，為航空航天應(yīng)用生產(chǎn)儲氫罐。AMRC增材制造負(fù)責(zé)人Evren Yasa博士領(lǐng)導(dǎo)了一個研究小組,，專注于線弧增材制造（WAAM）的項目,。

WAAM技術(shù)應(yīng)用到多個工業(yè)領(lǐng)域，包括能源,，國防,，汽車，建筑和航空航天，以生產(chǎn)大型和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部件,，減少對組裝和連接技術(shù)的需求以及廢料,。WAAM已被部署用于航空航天領(lǐng)域的維修和再制造目的，從而節(jié)省時間和成本,。除此之外,，它還具有更大的供應(yīng)鏈靈活性的優(yōu)勢，便于實現(xiàn)小批量生產(chǎn),。

△掃描 WAAM制造箱體以檢測缺陷。資料來源：AMRC,。

Evren Yasa說：“該項目的啟動是為了利用我們內(nèi)部的WAAM能力,，使用鋁合金建造一個用于航空航天領(lǐng)域的液氫儲罐模型，并展示生產(chǎn)成品增材制造零件的完整價值鏈,�,！�

氫是一種高度可持續(xù)的能源載體，被認(rèn)為是到2050年實現(xiàn)歐盟碳中和的關(guān)鍵,。然而,，圍繞如何儲存氫氣的挑戰(zhàn)限制了其全部潛力。Evren表示：“儲存氫氣以用作航空航天燃料源的主要挑戰(zhàn)是額外的存儲要求,，以及整體罐所需的復(fù)雜幾何形狀以及低溫液態(tài)儲存狀態(tài)下如何進行操作,。這些挑戰(zhàn)使增材制造技術(shù)成為滿足儲氫罐需求的有前途的制造路線之一，這也得到了英國航空航天技術(shù)研究所于 2022 年發(fā)布的低溫氫燃料系統(tǒng)和存儲路線圖報告的支持,�,！�

目前，鈑金成型,、機加工和焊接都可以用于金屬罐生產(chǎn),。然而，這些傳統(tǒng)技術(shù)不能提供制作新形狀的設(shè)計自由度,。WAAM提供了這種設(shè)計自由度,，與標(biāo)準(zhǔn)的圓柱形/球形相比，AMRC團隊為制造一系列更復(fù)雜的容器形狀提供了新的可能性,，特別是在航空航天領(lǐng)域,，有可能實現(xiàn)在更緊湊的區(qū)域儲存氫氣。

Yasa博士的團隊希望通過確定工藝參數(shù)以及沉積策略來探索將WAAM用于金屬儲罐的可行性,，以獲得良好的機械性能,。此外，本項目的目的是研究和抵消由于WAAM過程中的高熱輸入而導(dǎo)致的殘余應(yīng)力,。

謝菲爾德大學(xué) AMRC 西北分校增材制造團隊的技術(shù)負(fù)責(zé)人 Muhammad Shamir 博士解釋了如何在 WAAM 中使用不同類型的熱源,，例如電弧或等離子弧來熔化焊絲原料。Shamir博士說：“在我們的研究中，我們專注于使用特殊技術(shù)的電弧工藝,，以最大限度地減少熱量輸入,。這種材料也很難加工，因為鋁合金容易吸收氧氣和氫氣,。如果材料在環(huán)境空氣中放置太久,，它就會開始吸收水分，導(dǎo)致加工過程中孔隙率過高,，從而降低機械性能,。”

項目期間出現(xiàn)的其他挑戰(zhàn)包括狹窄的工藝窗口,，合適的工藝參數(shù)范圍有限,，以及復(fù)雜幾何形狀的五軸編程。然而,，總體而言,，Yasa 博士表示，這項研究工作是有益的,，因為它使團隊能夠探索 WAAM 加工鋁合金的這些挑戰(zhàn),。

這個為期 7 個月的項目由高價值制造(HVM) 聯(lián)盟資助，AMRC 和其他六個國家研究中心都是該聯(lián)盟的成員,。Yasa 博士和她的團隊現(xiàn)在希望將研究推進到第二階段,，并正在等待進一步資助的結(jié)果，以探索增材制造對低溫機械性能以及氫滲透性的影響,，以確保其是可行的,。液態(tài)氫應(yīng)用的途徑。

Evren Yasa 博士說：“我們已申請資金來開展更多工藝優(yōu)化工作,，并有機會與南安普頓大學(xué)合作在低溫下測試 WAAM 材料,。此外，航空航天儲氫罐的增材制造工程依然存在許多挑戰(zhàn),，包括監(jiān)管審批,、標(biāo)準(zhǔn)化、成本和行業(yè)接受度,。我們未來的項目將側(cè)重于通過與行業(yè)利益相關(guān)者合作來克服這些挑戰(zhàn),，確保符合標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，建立增材制造指導(dǎo)方針,，進行成本效益分析,，并通過與航空航天業(yè)的接觸和知識共享來加快項目進程。我們最終的目標(biāo)是展示該解決方案的經(jīng)濟可行性和競爭力,�,！�