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西門子聯(lián)手弗勞恩霍夫改進(jìn)金屬增材制造工藝隨著氣候變化對(duì)全球的影響日益顯著，很多公司都在想盡各種辦法來(lái)使自己的生產(chǎn)方式可持續(xù)，并減輕對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。德國(guó)工業(yè)巨頭西門子就是這樣一家公司。該公司迄今已經(jīng)投入了數(shù)十億美元在清潔能源技術(shù)的開發(fā)領(lǐng)域，其中包括該公司在德國(guó)Ludwigsfelde成立的清潔能源中心。 據(jù)了解，該清潔能源中心是目前西門子燃?xì)鉁u輪機(jī)的一個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)，這也是該公司綠色技術(shù)計(jì)劃的中心內(nèi)容之一。與煤相比，靠燃?xì)怛?qū)動(dòng)的渦輪機(jī)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(jí)燃?xì)廨啓C(jī)是世界上最強(qiáng)大和最有效的。盡管如此，該公司也在一直不斷地改進(jìn)該技術(shù)，這些研發(fā)活動(dòng)大部分都在清潔能源中心進(jìn)行。在這里，渦輪機(jī)部件會(huì)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的測(cè)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(cè)試的目的是優(yōu)化燃燒過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)更好的能源效率。不過(guò)這是一個(gè)比較緩慢的過(guò)程，主要是因?yàn)檫@些渦輪部件都是用高溫合金精密鑄造的，制造一個(gè)往往要花好幾個(gè)月和很多錢，這顯然限制了該公司對(duì)這些部件測(cè)試的次數(shù)。因此該公司一直在尋找一種新的生產(chǎn)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(shù)研究所（Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT）聯(lián)手，共同開發(fā)了一種使用選擇性激光熔融（SLM）3D打印技術(shù)的工藝來(lái)制造那些最終需要在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的熱氣體區(qū)域工作的渦輪葉片。為了能夠承受這樣的高溫，渦輪葉片內(nèi)部需要冷卻結(jié)構(gòu)，由于其復(fù)雜性，在過(guò)去這是需要使用精密鑄造來(lái)完成的。而現(xiàn)在，西門子和弗勞恩霍夫開始嘗試使用增材制造。 據(jù)悉，在諸如航空航天等行業(yè)里，SLM技術(shù)正在變得越來(lái)越受歡迎，這是因?yàn)樵摷夹g(shù)很適合制造那些具有復(fù)雜幾何形狀、體積大、重量輕的部件。而弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所多年來(lái)一直在開發(fā)基于激光的增材制造技術(shù)，他們能夠利用基于粉末床的SLM技術(shù)制造出長(zhǎng)達(dá)250毫米的渦輪機(jī)部件，同時(shí)還具有較強(qiáng)的表面質(zhì)量和尺寸精度。
單獨(dú)制造的導(dǎo)流葉片 不過(guò)，這中間仍有一些挑戰(zhàn)，燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)中包括安裝在渦輪箱里的導(dǎo)流葉片，該葉片主要用于將熱氣體通到轉(zhuǎn)子葉片上去。這些導(dǎo)流葉片尺寸很大，而且包括兩個(gè)巨型平臺(tái)再加上帶有復(fù)雜冷卻結(jié)構(gòu)的螺旋槳。整個(gè)結(jié)構(gòu)很難制造。尤其是螺旋槳，簡(jiǎn)直是一場(chǎng)噩夢(mèng)，就算是SLM也需要額外的內(nèi)部支持。
用新的模塊化工藝制成的導(dǎo)流葉片 制造團(tuán)隊(duì)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(tái)和螺旋槳分別制造，然后再釬焊在一起，以消除對(duì)支撐的需要和改善表面質(zhì)量。最終的部件可以用于熱路徑臺(tái)架試驗(yàn)，從而為設(shè)計(jì)工程師提供快速反饋，進(jìn)一步加快測(cè)試過(guò)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(tǒng)制造工藝的零部件連接起來(lái)，這意味著SLM ——仍然是成本高昂的技術(shù)——可以用于更加復(fù)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(yōu)勢(shì)，但有的時(shí)候跟其它更為傳統(tǒng)的技術(shù)結(jié)合起來(lái)反而能夠擁有更大的能力。 |
