油气巨头壳牌金属3D打印球阀突破

  在对安全性要求极高的工业领域中，油气行业、航空航天、国防及医疗被认为认证标准最为严苛的行业。这种高门槛虽然意味着增材制造（AM）零部件的认证需投入大量时间与资源，却也恰恰传递出极具价值的市场信号，即只有经过严格验证的技术，才具备在关键应用场景中规模化落地的潜力。2025年12月，南极熊获悉，壳牌（Shell）与全球领先阀门供应商 B.F.E. Bonney Forge共同开发适用于更广泛工况的3D打印球阀。



合作里程碑：从认证闸阀到多材料球阀
Shell增材制造技术负责人 Angeline Goh 的核心任务，是在确保 AM 零部件满足现场服役质量要求的前提下，推动技术创新，不断拓展增材制造在能源领域的应用边界。这一目标的实现，离不开与产业链伙伴的深度协作。

合作成果已逐步显现：
•2021 年，Shell 成为欧洲首家获得第三方 CE 认证的企业，其自主研发的增材制造零部件成功通过《欧洲压力设备指令》（PED）的合规性审查。

•2023 年，Shell 联合全球领先阀门供应商 B.F.E. Bonney Forge，成功研发并完成现场安装全球首批获得认证的 3D 打印闸阀，标志着 AM 技术在关键承压设备中的实际应用迈出关键一步。


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

在此基础上，双方将合作推向新高度，二者共同开发适用于更广泛工况的 3D 打印球阀。与主要用于高温、关键工况的闸阀不同，球阀适用于需要频繁、快速操作的场景。此次研发的球阀实现了两大创新：一是由五个独立打印部件集成而成；二是首次在同一产品中融合两种增材制造工艺与材料——阀体、阀盖、阀杆和球体采用粉末床熔融（PBF）技术打印 Inconel 718 镍基合金，而阀座则通过熔融沉积建模（FDM）技术使用 PEKK 聚合物材料，形成性能可靠的“软密封”结构。
技术创新的背后：材料、工艺与设计的多重考量
       这一设计背后，是材料、工艺与功能的综合考量。团队选择 Inconel 718，具有其优异的耐腐蚀与高温性能，同时AM技术能充分发挥其经济价值，传统铸造难以经济地小批量生产此类高成本合金部件，而增材制造则可实现近净成形，大幅节省昂贵原材料。同时，球体的近净形打印虽技术难度高，但成功突破后显著减少了后续加工与热处理需求。

设计优化同样成效显著。相比传统锻造实心结构，3D 打印的中空阀体与轻量化阀盖使总重量从 18.7 公斤降至 11 公斤，减重达 40%。这降低了运输与安装成本，也契合油气行业对材料效率和可持续性的日益重视。
行业发展的瓶颈与方向
       尽管成果显著，行业仍面临挑战。目前这款球阀尚未获得美国腐蚀工程师协会（NACE）认证，尤其是在含硫等酸性服役环境中，AM 材料的应用仍缺乏足够广泛且可重复的验证数据。要推动技术规模化，行业亟需建立统一的认证标准和可追溯的工艺规范。
       为此，由 DNV 与多家能源企业共同发起的 AM Energy 协作平台应运而生，旨在整合终端用户资源，加速认证标准化进程。Goh 正牵头国际石油公司协会（IOGP）的“联合行业冲刺项目 2”，组织全球能源企业共同编制首套增材制造阀门技术规范。未来，这些质量与工艺指导文件将向所有供应商开放，为行业生态的协同发展奠定基础。
     市场对 AM 技术的认可也在快速提升。B.F.E. Bonney Forge 的 Oscar Barcella 观察到，自 2020 年以来，油气客户对增材制造的兴趣逐年升温——从最初的好奇，到如今深入探讨具体项目优势，认知已发生根本转变。Goh 则强调，当前全球对材料节约的重视与地缘政治驱动的供应链回流趋势，正为 AM 技术创造历史性机遇。她呼吁更多企业，尤其是尚未涉足该领域的中小供应商，主动尝试以数字化、柔性化的方式重新设计产品和商业模式。
     综上，Shell 与合作伙伴在油气阀门领域的探索，验证了增材制造在极端工况下的技术可行性，展示了其在轻量化、缩短交付周期、降低综合成本等方面的独特优势。随着认证体系逐步完善、行业协作不断深化，增材制造有望在油气行业从“创新试点”走向“主流应用”，为能源转型与高效运营提供强有力的制造支撑。