日前，西門子成功完成對完全采用3D打印技術生產的燃氣輪機葉片的首次滿負荷核心機試驗，實現(xiàn)技術上的重大突破。西門子在發(fā)動機滿負荷狀態(tài)下成功驗證了多個采用傳統(tǒng)設計的增材制造渦輪機葉片。這意味著該葉片的測試轉速達到每分鐘13000轉，測試溫度超過攝氏1250度。此外，西門子還測試了利用增材制造技術制造的經全面改良內部冷卻結構的新葉片。項目組使用的葉片是由Materials Solutions的3D打印設施制造的。西門子新收購的Materials Solutions公司位于英國伍斯特地區(qū)，專門生產透平機械高溫應用的高性能部件。對透平機械設備來說，精度、表面光潔度和材料質量對確保部件的運行性能至關重要。上述試驗在位于英國林肯的西門子工業(yè)燃氣輪機廠的測試裝置上進行。
“這是增材制造在發(fā)電領域應用的重大突破，對增材制造技術來說也是最具挑戰(zhàn)性的應用之一，”西門子發(fā)電與天然氣集團首席執(zhí)行官Willi Meixner表示。“增材制造技術是我們數(shù)字化戰(zhàn)略的重要支柱之一。試驗的成功離不開我們國際項目組兢兢業(yè)業(yè)的努力，項目組成員包括來自芬斯蓬、林肯和柏林的西門子工程師以及來自Materials Solutions的專家。他們在短短18個月時間內完成了從部件設計、增材制造材料開發(fā)以及模擬和質量控制新方法等一系列工作。結合我們在3D打印領域的專業(yè)知識，我們將繼續(xù)推動該領域的技術開發(fā)和應用。”
據(jù)悉，這些葉片安裝在13兆瓦（MW）的西門子SGT-400工業(yè)燃氣輪機上。該增材制造輪機葉片利用多晶鎳超合金粉末制造，能夠耐受高壓、高溫和燃氣輪機的高速運轉所產生的離心力。在滿負荷核心機試驗中，這些燃氣輪機葉片運行速度超過1600公里/小時，受力高達11噸（相當于倫敦一輛滿載公交車的重量）。這些葉片被攝氏1250度的氣體包圍，然后利用超過攝氏400度的空氣冷卻。在林肯工廠測試的先進葉片設計改進了冷卻性能，可以提高西門子燃氣輪機的總體效率。
增材制造是在分層CAD模型中逐層構建部件以形成3D物質的過程。增材制造也稱為“3D打印”，在快速建模方面尤其具有優(yōu)勢。Meixner表示：“這項激動人心的技術正在改變我們的制造方式，將原型研發(fā)周期時間縮短90%。西門子是增材制造領域的引領者。我們可以通過提高效率和可用性加速新型燃氣輪機的設計，而且可以讓這些技術進步更快地惠及客戶。這種制造的靈活性也使西門子的研發(fā)更符合客戶需求，并按需提供備件。”
西門子在材料科學、自動化、制造等關鍵領域擁有廣博的知識和工藝專長，因此西門子在塑造3D打印行業(yè)的未來方面擁有巨大優(yōu)勢。下一步將是成功完成高級葉片設計測試，以充分挖掘增材制造的潛力。西門子正在研發(fā)僅能借助增材制造技術實現(xiàn)的獨特燃氣輪機設計，擴大增材制造輪機設備的批量生產。立足西門子在能源市場逾百年的經驗，西門子有能力將新設計可能性轉化為面向客戶的具體解決方案。
西門子廣泛利用增材制造技術實現(xiàn)快速原型制作，并且已經推出面向燃氣輪機壓氣機和燃燒系統(tǒng)部件的批量生產解決方案。2016年2月，西門子在瑞典芬斯蓬建設了一家新的3D打印部件生產工廠，西門子重型燃氣輪機的首款3D打印部件，已于2016年7月商業(yè)運行。
