走向生產之路：西門子3D打印渦輪葉片

西門子在3D打印領域已經花了不少力氣，比如大力支持創(chuàng)業(yè)者，開發(fā)新應用和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系，完全是因為西門子自己在使用3D打印技術的過程中看到了它巨大的潛力與發(fā)展前景。

正如視頻（點擊查看）中所說，葉片是十分復雜的零件，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氣渦輪機葉片完全采用增材制造（AM）技術獲得的測試成功給西門子軟件部門帶來了極大的信心，因為這意味著3D打印技術進入到生產領域更加可信確鑿。西門子在模擬真實工作環(huán)境下成功地驗證了增材制造渦輪葉片的可行性。每分鐘13000轉，溫度超過攝氏1250度，西門子測試的葉片設計具有完全改進的內部冷卻幾何制造。葉片被安裝在功率為13兆瓦（MW）的西門子SGT-400工業(yè)燃氣輪機上。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、高溫和渦輪高速運轉的旋轉力。

由此出發(fā)，西門子看到了增材制造技術的潛力：增材制造可以實現(xiàn)優(yōu)良的機械性能，粉末狀原材料細晶組織，在微觀結構上各向異性需要的控制和引導。除了葉片，西門子正在開發(fā)獨特的燃氣輪機設計，憑借在能源市場100年以上的經驗，西門子將新的設計可能性轉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的工作環(huán)境中。而根據西門子能源部門的專家，這些帶有復雜內部冷卻形狀的葉片為渦輪提供了更好的效率。而葉片的生產則通過位于美國Worcester的工廠來完成。

葉片的加工技術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。最擅長的領域包括Inconel 625, Inconel 718,以及鎳基合金包括Hasteloy X, C263, C1023, CM247LC。通過實現(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)加工方式無法實現(xiàn)的。

渦輪葉片是機械制造業(yè)中復雜的零件之一，由葉身、榫頭、葉冠等構成。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，葉身設計制造質量直接影響到整個渦輪機的效率。

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

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

除了將3D打印技術應用在復雜燃燒器的直接制造與修復中，西門子還將在燃氣輪機的備品備件的生產中應用3D打印技術，特別是對于設計圖紙缺失的停產零部件，西門子希望通過三維掃描、三維建模和3D打印這樣的數字化技術，為用戶制造出小批量的備件。但無論是哪一種應用，西門子都緊緊抓住了3D打印技術在制造復雜產品、小批量產品和無模具制造方面的優(yōu)勢。

延伸閱讀：《里程碑！西門子3D打印金屬燃氣輪機葉片通過1250℃高轉速測試》

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來源：3D科學谷