日前，德國制造和電子公司西門子剛剛宣布成功地完成了對其新的3D打印燃氣渦輪機葉片的發(fā)動機測試，測試速度為13000轉/分，溫度則超過了1250攝氏度。西門子成功完成對完全采用增材制造（也稱“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，這可能是工業(yè)增材制造業(yè)的一個重要里程碑。
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13,000轉，測試溫度超過攝氏1,250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。
據了解，新3D打印葉片采用了一個創(chuàng)新性的、用先進的CAD軟件設計的內部冷卻結構，由Materials Solutions公司制造。Materials Solutions是一家英國增材制造公司，于2016年8月被西門子收購，它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。
在18個月的時間內，西門子工程師和Materials Solutions的增材制造專家完成了整個開發(fā)過程，從葉片設計和AM（增材制造）材料開發(fā)到新的模擬技術的開發(fā)和質量控制的執(zhí)行。
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1,600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1,250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。
除了能實現(xiàn)復雜的內部冷卻系統(tǒng)外，增材制造技術也縮短了每個葉片的生產時間。該技術將原型開發(fā)的前置時間減少了90％，由于這樣的效率和測試的成功，西門子打算繼續(xù)使用Materials Solutions的3D打印設施和專業(yè)知識來改進其渦輪機系統(tǒng)。
▼視頻：西門子3D打印
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。
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