Studenten en een promovendus aan de ETH Zürich hebben een kampeerfornuis ontwikkeld met de vlam aan de binnenkant, sterk verminderen van de negatieve effecten van wind en warmteverlies. Het nieuwe ontwerp is mogelijk gemaakt door additive manufacturing.

Zomertijd is kamperen - een perfecte gelegenheid om onze dagelijkse luxe even op te geven en in plaats daarvan een eenvoudig diner te koken op een gasfornuis. Als de windvlagen maar zouden verdwijnen in plaats van constant de vlam op de kachel uit te blazen.

Nu hebben een ETH-promovendus en studenten van het ETH Zürich Design and Technology Lab en van de Zürich University of the Arts (ZHdK) een nieuw fornuis ontwikkeld dat zelfs bij harde wind bestand is:een ketel in de vorm van een Bundt-cakevorm omsluit een gasfornuis brander, beschermen tegen de wind.

Praktijkproeven op de bergtop

In de tussentijd, andere ontwerpkenmerken maken de waterkoker extreem energiezuinig:de wand van de gasbrander is gegolfd, zoals een citruspers. "Dit vergroot het contactoppervlak tussen de vlam en de kan, " legt Julian Ferchow uit, de projectleider en een promovendus in de groep van ETH-professor Mirko Meboldt. "Dat, ETH-student Patrick Beutler, die zijn bachelorscriptie schreef over het project, voegt toe, "plus het feit dat de muur erg dun is, maakt de warmteoverdracht naar de inhoud van de kan ideaal."

Ook het interieur van de brander zit boordevol technische expertise:de gasmondstukken zijn zogenaamde Venturi-sproeiers. "Hun geometrie veroorzaakt een plaatselijke drukval. Dit verhoogt de luchtstroom, wat de kwaliteit van de vlam verbetert en de efficiëntie verhoogt, ' zegt Ferchow.

De onderzoekers bouwden samen met "inspire", een prototype van de waterkoker de organisatie op het snijvlak van ETH Zürich en de Zwitserse mechanische industrie. Ze noemen hun waterkoker "PeakBoil". Op gepaste wijze, ze hebben het prototype dit voorjaar getest tijdens een skitour door Säntis, de hoogste berg in het Alpstein-massief in het noordoosten van Zwitserland. "Het waaide en het kostte veel moeite om een ​​conventionele kachel aan het werk te krijgen. Maar we hadden geen moeite om water te verwarmen met ons prototype, ' zegt Ferchow.

Laag voor laag

Het speciale ontwerp van PeakBoil zou niet mogelijk zijn zonder additive manufacturing. Ferchow en zijn collega's bouwden de gasketel laag voor laag uit roestvrij staal met behulp van selectief lasersmelten. Bij deze techniek, een laag fijn metaalpoeder wordt uitgespreid op een substraatplaat. Een computergestuurde laserstraal smelt vervolgens selectief het metaal in een nauwkeurig patroon. Wanneer het gesmolten metaal stolt, het bindt aan de substraatplaat. Vervolgens wordt de volgende laag poeder aangebracht en plaatselijk gesmolten. Op deze manier, complexe objecten worden vanaf de basis opgebouwd in lagen van elk slechts een dertigste millimeter dik.

"Deze techniek geeft ons enorm veel ontwerpvrijheid, die je gewoon niet krijgt met conventionele productietechnieken; met metalen gietstuk, bijvoorbeeld, we zouden nooit kanalen kunnen bereiken die zo dun zijn als die in onze gasbrander, ' legt Ferchow uit.

Selectief lasersmelten is oorspronkelijk ontwikkeld als een snelle manier om prototypes te maken. "Vandaag de dag, deze rapid prototyping-techniek is zo volwassen dat hij ook kan worden gebruikt voor grootschalige productie, ' zegt Ferchow.

Winnaars van een designprijs

PeakBoil won onlangs een prijs in de wedstrijd 3D Pioneers Challenge. Een internationale jury van designexperts en ingenieurs eerde de waterkoker in de categorie Design van de wedstrijd. Volgens de organisatoren deze wedstrijd, die wordt gesponsord door het Ministerie van Economische Zaken, Science and Digital Society van de Duitse deelstaat Thüringen, is een van de meest genereuze onderscheidingen op het gebied van innovatie op het gebied van 3D-printen.

"De jury bewonderde ons idee voor een hulpbronnenbesparende brander met een bijzondere visie op hoe de door ons gerealiseerde buitentoepassing als voorbeeld zou kunnen dienen voor industriële toepassingen van additive manufacturing, die een groot potentieel heeft, " Ferchow zegt:"We kunnen PeakBoil als demonstrator gebruiken om bedrijven te laten zien waartoe additive manufacturing in staat is en waar je speciale aandacht aan moet besteden in je ontwerp." Met verdere ontwikkeling, Het ontwerp van PeakBoil kan worden gebruikt in gasgestookte tankloze boilers of zelfs gasturbines.

Maar eerst, Ferchow en zijn collega's willen bij hun gasketel blijven en deze verbeteren in het Design and Technology-lab, waar ze hun prijzengeld aan besteden. "Ik denk dat we de efficiëntie van de brander verder moeten kunnen verhogen door de gas- en luchtstromen te optimaliseren. We hopen ook industriële partners te vinden die met ons willen samenwerken om het product verder te ontwikkelen, ' zegt Ferchow.