油氣巨頭殼牌金屬3D打印球閥突破

南極熊導(dǎo)讀：金屬3D打印在油氣能源行業(yè)，一旦有具體產(chǎn)品應(yīng)用，那就是龐大的體量。

在對安全性要求極高的工業(yè)領(lǐng)域中，油氣行業(yè)、航空航天、國防及醫(yī)療被認(rèn)為認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)最為嚴(yán)苛的行業(yè)。這種高門檻雖然意味著增材制造（AM）零部件的認(rèn)證需投入大量時(shí)間與資源，卻也恰恰傳遞出極具價(jià)值的市場信號，即 只有經(jīng)過嚴(yán)格驗(yàn)證的技術(shù)，才具備在關(guān)鍵應(yīng)用場景中規(guī)模化落地的潛力 。2025年12月，南極熊獲悉，殼牌（Shell）與全球領(lǐng)先閥門供應(yīng)商 B.F.E. Bonney Forge共同開發(fā)適用于更廣泛工況的3D打印球閥。

合作里程碑：從認(rèn)證閘閥到多材料球閥
Shell增材制造技術(shù)負(fù)責(zé)人 Angeline Goh 的核心任務(wù)，是在確保 AM 零部件滿足現(xiàn)場服役質(zhì)量要求的前提下，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，不斷拓展增材制造在能源領(lǐng)域的應(yīng)用邊界。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，離不開與產(chǎn)業(yè)鏈伙伴的深度協(xié)作。

合作成果已逐步顯現(xiàn)：
?2021 年，Shell 成為歐洲首家獲得第三方 CE 認(rèn)證的企業(yè)，其自主研發(fā)的增材制造零部件成功通過《歐洲壓力設(shè)備指令》（PED）的合規(guī)性審查。

?2023 年，Shell 聯(lián)合全球領(lǐng)先閥門供應(yīng)商 B.F.E. Bonney Forge，成功研發(fā)并完成現(xiàn)場安裝全球首批獲得認(rèn)證的 3D 打印閘閥，標(biāo)志著 AM 技術(shù)在關(guān)鍵承壓設(shè)備中的實(shí)際應(yīng)用邁出關(guān)鍵一步。

△AM Gate 閥門，Shell 和 B.F.E. Bonney Forge之前合作過。

在此基礎(chǔ)上，雙方將合作推向新高度，二者共同開發(fā)適用于更廣泛工況的 3D 打印球閥。與主要用于高溫、關(guān)鍵工況的閘閥不同，球閥適用于需要頻繁、快速操作的場景。此次研發(fā)的球閥實(shí)現(xiàn)了兩大創(chuàng)新：一是由五個(gè)獨(dú)立打印部件集成而成；二是首次在同一產(chǎn)品中融合兩種增材制造工藝與材料——閥體、閥蓋、閥桿和球體采用粉末床熔融（PBF）技術(shù)打印 Inconel 718 鎳基合金，而閥座則通過熔融沉積建模（FDM）技術(shù)使用 PEKK 聚合物材料，形成性能可靠的“軟密封”結(jié)構(gòu)。

△Shell 與 B.F.E. Bonney Forge合作開發(fā)的浮球閥門

技術(shù)創(chuàng)新的背后：材料、工藝與設(shè)計(jì)的多重考量

這一設(shè)計(jì)背后，是材料、工藝與功能的綜合考量。團(tuán)隊(duì)選擇 Inconel 718，具有其優(yōu)異的耐腐蝕與高溫性能，同時(shí)AM技術(shù)能充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，傳統(tǒng)鑄造難以經(jīng)濟(jì)地小批量生產(chǎn)此類高成本合金部件，而增材制造則可實(shí)現(xiàn)近凈成形，大幅節(jié)省昂貴原材料。同時(shí)，球體的近凈形打印雖技術(shù)難度高，但成功突破后顯著減少了后續(xù)加工與熱處理需求。

設(shè)計(jì)優(yōu)化同樣成效顯著。相比傳統(tǒng)鍛造實(shí)心結(jié)構(gòu)，3D 打印的中空閥體與輕量化閥蓋使總重量從 18.7 公斤降至 11 公斤，減重達(dá) 40%。這降低了運(yùn)輸與安裝成本，也契合油氣行業(yè)對材料效率和可持續(xù)性的日益重視。

行業(yè)發(fā)展的瓶頸與方向
盡管成果顯著，行業(yè)仍面臨挑戰(zhàn)。目前這款球閥尚未獲得美國腐蝕工程師協(xié)會（NACE）認(rèn)證，尤其是在含硫等酸性服役環(huán)境中，AM 材料的應(yīng)用仍缺乏足夠廣泛且可重復(fù)的驗(yàn)證數(shù)據(jù)。要推動(dòng)技術(shù)規(guī)模化，行業(yè)亟需建立統(tǒng)一的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和可追溯的工藝規(guī)范。

△Shell 位于阿姆斯特丹的能源轉(zhuǎn)型園區(qū)，其3D打印研究中心就設(shè)在該園區(qū)。

為此，由 DNV 與多家能源企業(yè)共同發(fā)起的 AM Energy 協(xié)作平臺應(yīng)運(yùn)而生，旨在整合終端用戶資源，加速認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。Goh 正牽頭國際石油公司協(xié)會（IOGP）的“聯(lián)合行業(yè)沖刺項(xiàng)目 2”，組織全球能源企業(yè)共同編制首套增材制造閥門技術(shù)規(guī)范。未來，這些質(zhì)量與工藝指導(dǎo)文件將向所有供應(yīng)商開放，為行業(yè)生態(tài)的協(xié)同發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

市場對 AM 技術(shù)的認(rèn)可也在快速提升。B.F.E. Bonney Forge 的 Oscar Barcella 觀察到，自 2020 年以來，油氣客戶對增材制造的興趣逐年升溫——從最初的好奇，到如今深入探討具體項(xiàng)目優(yōu)勢，認(rèn)知已發(fā)生根本轉(zhuǎn)變。Goh 則強(qiáng)調(diào)，當(dāng)前全球?qū)Σ牧瞎?jié)約的重視與地緣政治驅(qū)動(dòng)的供應(yīng)鏈回流趨勢，正為 AM 技術(shù)創(chuàng)造歷史性機(jī)遇。她呼吁更多企業(yè)，尤其是尚未涉足該領(lǐng)域的中小供應(yīng)商，主動(dòng)嘗試以數(shù)字化、柔性化的方式重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品和商業(yè)模式。

綜上，Shell 與合作伙伴在油氣閥門領(lǐng)域的探索，驗(yàn)證了增材制造在極端工況下的技術(shù)可行性，展示了其在輕量化、縮短交付周期、降低綜合成本等方面的獨(dú)特優(yōu)勢。隨著認(rèn)證體系逐步完善、行業(yè)協(xié)作不斷深化，增材制造有望在油氣行業(yè)從“創(chuàng)新試點(diǎn)”走向“主流應(yīng)用”，為能源轉(zhuǎn)型與高效運(yùn)營提供強(qiáng)有力的制造支撐。