走向生產(chǎn)之路：西門子3D打印渦輪葉片

西門子在3D打印領(lǐng)域已經(jīng)花了不少力氣，比如大力支持創(chuàng)業(yè)者，開發(fā)新應(yīng)用和PLM軟件，以及宣布2018年將推出按需制造市場平臺。不過，這些舉動與3D打印的炒作沒有任何關(guān)系，完全是因?yàn)槲鏖T子自己在使用3D打印技術(shù)的過程中看到了它巨大的潛力與發(fā)展前景。

正如視頻（點(diǎn)擊查看）中所說，葉片是十分復(fù)雜的零件，如果你可以3D打印葉片，那么你就可以3D打印任何東西。

西門子能源部門的燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片完全采用增材制造（AM）技術(shù)獲得的測試成功給西門子軟件部門帶來了極大的信心，因?yàn)檫@意味著3D打印技術(shù)進(jìn)入到生產(chǎn)領(lǐng)域更加可信確鑿。西門子在模擬真實(shí)工作環(huán)境下成功地驗(yàn)證了增材制造渦輪葉片的可行性。每分鐘13000轉(zhuǎn)，溫度超過攝氏1250度，西門子測試的葉片設(shè)計(jì)具有完全改進(jìn)的內(nèi)部冷卻幾何制造。葉片被安裝在功率為13兆瓦（MW）的西門子SGT-400工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)上。渦輪葉片由高性能多晶鎳高溫合金粉末制成，這允許它們承受高壓、高溫和渦輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)力。

由此出發(fā)，西門子看到了增材制造技術(shù)的潛力：增材制造可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的機(jī)械性能，粉末狀原材料細(xì)晶組織，在微觀結(jié)構(gòu)上各向異性需要的控制和引導(dǎo)。除了葉片，西門子正在開發(fā)獨(dú)特的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)，憑借在能源市場100年以上的經(jīng)驗(yàn)，西門子將新的設(shè)計(jì)可能性轉(zhuǎn)化為客戶的具體解決方案。

西門子用于測試這些葉片性能的工廠位于英國的林肯，在這里葉片通過測試后被放入到真實(shí)的工作環(huán)境中。而根據(jù)西門子能源部門的專家，這些帶有復(fù)雜內(nèi)部冷卻形狀的葉片為渦輪提供了更好的效率。而葉片的生產(chǎn)則通過位于美國Worcester的工廠來完成。

葉片的加工技術(shù)則來自與西門子收購的Materials Solutions公司，Materials Solutions的核心競爭力來自于其對選擇性激光熔融材料的控制能力。最擅長的領(lǐng)域包括Inconel 625, Inconel 718,以及鎳基合金包括Hasteloy X, C263, C1023, CM247LC。通過實(shí)現(xiàn)對材料在加工過程中的控制，Materials Solutions發(fā)展了自己的核心競爭力：對諸如葉片這樣的高溫合金的加工能力，不僅是性能優(yōu)越，而且其幾何形狀也是通過傳統(tǒng)加工方式無法實(shí)現(xiàn)的。

渦輪葉片是機(jī)械制造業(yè)中復(fù)雜的零件之一，由葉身、榫頭、葉冠等構(gòu)成。葉身型面是由基元葉型按一定的積疊規(guī)律積疊而成的空間曲面，葉身設(shè)計(jì)制造質(zhì)量直接影響到整個(gè)渦輪機(jī)的效率。

More Efficient, Better Product，這激發(fā)工程師們更加注重圍繞著提升產(chǎn)品性能的方向去思考，這也是重新思考一切的重要機(jī)會。重新想象未曾有過的產(chǎn)品，重新思考和創(chuàng)新產(chǎn)品，改造工廠，改變制造過程，重新思考業(yè)務(wù)。這就是為什么西門子認(rèn)為增材制造將改變制造領(lǐng)域的游戲規(guī)則。

此外，西門子在瑞典Finspång利用金屬3D打印技術(shù)直接制造燃燒室中的復(fù)雜燃燒器零部件，并利用3D打印技術(shù)對燃燒器進(jìn)行快速修復(fù)。

除了將3D打印技術(shù)應(yīng)用在復(fù)雜燃燒器的直接制造與修復(fù)中，西門子還將在燃?xì)廨啓C(jī)的備品備件的生產(chǎn)中應(yīng)用3D打印技術(shù)，特別是對于設(shè)計(jì)圖紙缺失的停產(chǎn)零部件，西門子希望通過三維掃描、三維建模和3D打印這樣的數(shù)字化技術(shù)，為用戶制造出小批量的備件。但無論是哪一種應(yīng)用，西門子都緊緊抓住了3D打印技術(shù)在制造復(fù)雜產(chǎn)品、小批量產(chǎn)品和無模具制造方面的優(yōu)勢。

延伸閱讀：《里程碑！西門子3D打印金屬燃?xì)廨啓C(jī)葉片通過1250℃高轉(zhuǎn)速測試》

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來源：3D科學(xué)谷