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西門子聯手弗勞恩霍夫改進金屬增材制造工藝隨著氣候變化對全球的影響日益顯著，很多公司都在想盡各種辦法來使自己的生產方式可持續，并減輕對環境的負面影響。德國工業巨頭西門子就是這樣一家公司。該公司迄今已經投入了數十億美元在清潔能源技術的開發領域，其中包括該公司在德國Ludwigsfelde成立的清潔能源中心。 據了解，該清潔能源中心是目前西門子燃氣渦輪機的一個試驗場，這也是該公司綠色技術計劃的中心內容之一。與煤相比，靠燃氣驅動的渦輪機效率更高，而且二氧化碳排放更少。西門子公司稱，他們的375兆瓦H級燃氣輪機是世界上最強大和最有效的。盡管如此，該公司也在一直不斷地改進該技術，這些研發活動大部分都在清潔能源中心進行。在這里，渦輪機部件會經過嚴格的測試，包括將其暴露在1500攝氏度的溫度下等。
西門子清潔能源中心 這些測試的目的是優化燃燒過程，從而實現更好的能源效率。不過這是一個比較緩慢的過程，主要是因為這些渦輪部件都是用高溫合金精密鑄造的，制造一個往往要花好幾個月和很多錢，這顯然限制了該公司對這些部件測試的次數。因此該公司一直在尋找一種新的生產方法。 日前，西門子柏林制造廠的專家們與弗勞恩霍夫激光技術研究所（Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT）聯手，共同開發了一種使用選擇性激光熔融（SLM）3D打印技術的工藝來制造那些最終需要在渦輪發動機的熱氣體區域工作的渦輪葉片。為了能夠承受這樣的高溫，渦輪葉片內部需要冷卻結構，由于其復雜性，在過去這是需要使用精密鑄造來完成的。而現在，西門子和弗勞恩霍夫開始嘗試使用增材制造。 據悉，在諸如航空航天等行業里，SLM技術正在變得越來越受歡迎，這是因為該技術很適合制造那些具有復雜幾何形狀、體積大、重量輕的部件。而弗勞恩霍夫激光技術研究所多年來一直在開發基于激光的增材制造技術，他們能夠利用基于粉末床的SLM技術制造出長達250毫米的渦輪機部件，同時還具有較強的表面質量和尺寸精度。
單獨制造的導流葉片 不過，這中間仍有一些挑戰，燃氣輪機的結構中包括安裝在渦輪箱里的導流葉片，該葉片主要用于將熱氣體通到轉子葉片上去。這些導流葉片尺寸很大，而且包括兩個巨型平臺再加上帶有復雜冷卻結構的螺旋槳。整個結構很難制造。尤其是螺旋槳，簡直是一場噩夢，就算是SLM也需要額外的內部支持。
用新的模塊化工藝制成的導流葉片 制造團隊采用的解決辦法是修改西門子使用的工藝鏈，把它分解成更小的步驟。其中的平臺和螺旋槳分別制造，然后再釬焊在一起，以消除對支撐的需要和改善表面質量。最終的部件可以用于熱路徑臺架試驗，從而為設計工程師提供快速反饋，進一步加快測試過程。 這種模塊化的新型制造工藝也可以用于很多其它部件。使用SLM制造的零部件可以輕松地與使用傳統制造工藝的零部件連接起來，這意味著SLM ——仍然是成本高昂的技術——可以用于更加復雜零件的鑄造以及不能處理的部件。 這就提醒了我們，盡管3D打印擁有諸多優勢，但有的時候跟其它更為傳統的技術結合起來反而能夠擁有更大的能力。 |
