Experimentele installaties
ETCA ontwerpt, bouwt en onderhoudt de meeste van de 1300 testinstallaties en proefopstellingen binnenshuis. Dit maakt het ETCA uniek. De technieken die de instrumentmakers hiervoor gebruiken variëren van een draaibank uit 1948 en ambachtelijk glasblazen tot ultramoderne kunststof-en metaal 3D-printers. Van de laatste staan er inmiddels al 10 in ETCA.
3D-printen
In 2012 is de eerste 3D-printer het Shell-lab van Amsterdam binnengetreden. Deze maakt kleine, metalen prototypes op een veel efficiëntere manier dan conventionele metaalbewerkingstechnieken. Daarnaast biedt 3D-printen grote ontwerpvrijheid. Hierdoor kunnen onderdelen zo gemaakt worden dat ze efficiënter functioneren. Bijvoorbeeld omdat een verwarmingselement dichter bij de te verwarmen stof gepositioneerd kan zijn. Naast complexiteit en efficiëntie biedt de 3D-printtechniek duurzaamheid. Onversmolten poeder wordt gefilterd en hergebruikt.
Sinds die eerste printer zijn er meerdere metaal-en kunststofprinters bijgekomen die onderdelen voor de proefinstallaties in ETCA kunnen printen, maar ook metalen onderdelen voor in een echte fabriek. De metaalprinters kunnen elk hoogwaardig metaal printen, zoals titanium, aluminium of roestvrijstaal. De originele sterkte blijft behouden. Het formaat kan steeds groter, de productietijd kan steeds korter en de producteigenschappen steeds beter. Een voorbeeld. Voorheen hadden metalen voorwerpen nog een warmtebehandeling nodig om de juiste producteigenschappen te krijgen. Met de nieuwere printers is dat niet meer nodig.
De verschillende kunststofprinters in ETCA gebruiken verschillende technieken. Heb je een eindproduct nodig dat goed tegen warmte kan? Of iets dat sterk is of juist flexibel? ETCA zet de kunststofprinters in voor visualisatie. Bijvoorbeeld om in kunststof een testprint te printen, voordat de expert het voorwerp in metaal print. Of een miniversie van een groot onderdeel. De laatste aanwinst is een kunststofprinter die in kleur kan printen. Deze is nuttig om te visualiseren hoe verschillende bodemlagen lopen. Of om te zien waar de meeste aanslag op een klep uit een auto zit na gebruik van een bepaald smeermiddel.
Naast prototypes en visualisatie gebruikt ETCA 3D-printen ook om reserve-onderdelen te printen. Soms maakt een leverancier bepaalde onderdelen niet meer of hebben ze een hele lange productietijd, soms wel een jaar. Met 3D-printen kunnen deze onderdelen toch nog gemaakt worden. Of de 3D-printer maakt ze tegen lagere kosten of sneller. Zo kan bepaalde apparatuur weer jaren mee zonder dat Shell het in zijn geheel hoeft te vervangen.
Hoe werkt dat, 3D printen? Nadat de ontwerper op de printknop drukt, stuurt de software een virtueel object naar de 3D-printer, opgebroken in honderden of duizenden laagjes. Een computergestuurde laserstraal versmelt metaal- of kunststofpoeder met een korrelgrootte van 20 tot 80 micron (een gemiddelde haar is 40 micron) laag voor laag. Hierdoor bouwt de printer een compleet eindproduct op waarbij ook de binnenkant, waar je normaalgesproken niet bij kunt, optimaal gemodelleerd wordt.
Om het 3D printproces te optimaliseren werken Shell-experts samen met verschillende fabrikanten om software en hardware te testen. Het 3D-print proces van Shell heeft een kwalificatie gekregen van het onafhankelijke Lloyd’s Register (alleen in het engels).
Glasblazen
In laboratoria is glas van oudsher een veel gebruikt materiaal. Bij ETCA is kwartsglas favoriet. Dit is een zuivere glassoort die buitengewoon hoge temperaturen kan weerstaan en tegen veel chemische substanties kan. Dat maakt het ook meteen een lastige glassoort. Juist omdat het hoge temperaturen tot wel 1000 °C kan weerstaan, is kwartsglas moeilijk te bewerken.
Eigen onderzoek, kennis en ervaring hebben uitgewezen dat glas ook enorm sterk is. Mits goed ontworpen en gemaakt kunnen glazen reactoren tot wel 250 bar druk weerstaan. Bij een autoband ligt de druk gemiddeld op 2 tot 2,5 bar. Een glasblazer met een flinke dosis vakmanschap en een glasblaasvlam van 2.500 °C kunnen samen bijzondere glazen onderzoeksinstrumenten laten ontstaan.
Soms komt glas samen met metaal en kunststof in een ontwerp voor een instrument. Hierbij gebruikt de ontwerper de 3D-printtechniek, waarover je hier [insert link naar 3D-printen] meer kunt lezen.
Dankzij de kennis over 3D-printen en glas in vloeibare toestand is het idee om glas in 3D te printen ontstaan. Een 3D-glasprinter kan hele complexe onderdelen maken, die op de conventionele manier helemaal niet te maken zijn. Denk bijvoorbeeld aan een glazen “wokkel” (een spiraalvorm die we o.a. kennen van een bekend chipje) die helpt bij de sturing van een gasstroom. Bijkomend voordeel: producten uit de 3D-printer zijn gemakkelijk reproduceerbaar.
Meer over 3d-printen en glasblazen
3D Printing in Energy Industry
At Shell, we are using 3D printing to print spare parts on demand; develop novel equipment and rapidly prototype engineering designs.
Grand designs: how 3D printing could change our world
The latest manufacturing technology could change how virtually everything is made, one layer at a time.
3D printing creating vital parts
A 3D printer is causing instrument makers at the Shell Technology Centre Amsterdam to change the way they think.
Scientific glassblowing
Meet Hans de Marie who is perfecting the ancient art of glassblowing to equip petrochemical plants of the future.