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探访西门子瑞典芬斯蓬工厂：3D打印革命下的燃气轮机制造

2017-12-13 09:41:25 澎湃新闻　点击量：评论 (0)

3D打印重新定义了制造业。千百年来，制造业是一种减法：拿到原材料，车铣刨磨，去除多余的部分，最终成型；3D打印则让制造业变成了一种不断添加原材料的加法。西门子瑞典芬斯蓬工厂CEO汉斯˙霍姆斯特龙（Hans H

这是一种名为选择性激光熔化（SLM）的增材制造技术。与激光烧结（SLS）技术相比，选择性激光熔化打印机控制激光在铺设好的粉末上方，选择性地对粉末进行照射，将金属粉末加热到完全熔化后成型，不需要黏合剂，成型的金属零件致密度和力学性能都更好。

选择性激光熔化（SLM）

不过，发电领域给3D打印工艺提出了更高的要求。以燃气轮机为例，首先，零件热负荷接近于所用金属的熔点；其次，涡轮叶片所承受的离心力是净重力的10000倍；最后，叶片尖端的线速度接近声速。

西门子是率先利用选择性激光熔化技术生产燃气轮机和蒸汽轮机金属部件的企业之一。那么，这些3D打印工艺而成的零件，上岗后表现如何呢？

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佩森介绍道，应用在燃气轮机上的3D打印部件展现出了相同的安全性和可靠性，效率和可持续性方面也具有优势。

芬斯蓬工厂目前采用3D打印制造的燃气轮机零件，集中在燃烧室部分。相关工程人员着重介绍了SGT-800燃烧室前端。在传统生产过程中，这个部位由13个部件和18个焊接点组成，而3D打印技术将其作为整体打印，生产时间由数月缩短到一两周。

这些经过3D打印设计制造的燃烧室，支持更高燃烧温度，可以处理高达60%的氢与天然气的共燃。由于氢气比天然气便宜，相比起纯天然气燃料，每年可以节省300万欧元。

适用3D打印的燃烧室前端

而在西门子的另一个燃气轮机工厂——英国林肯工厂，3D打印技术对SGT-400燃气轮机的叶片进行了重新设计，利用多晶镍超合金粉末制造，并改进了冷却性能。在满负荷核心机测试中，叶片被高于1250摄氏度的高温气体包围，运行速度超过每小时1600公里，相当于受力11吨。

英国林肯工厂在3D打印燃气轮机叶片上取得的进展，与西门子2016年收购的英国3D打印公司Materials Solutions有着紧密的关联，后者专门生产涡轮机高温应用的高性能部件。

不会代替大规模制造

波音、惠普、巴斯夫、拜耳、霍尼韦尔等企业也在加紧3D打印材料、装备、软件系统、服务等领域的产业渗透。西门子的主要竞争对手GE，在2016年斥巨资收购了金属3D打印德国ConceptLaser公司和瑞典Arcam公司75%的股权。

在这股大潮下，西门子怎样部署3D打印的未来？西门子全球分布式发电业务及石油与天然气服务CEO索比约恩˙福尔斯（Thorbjorn Fors）直白地说道：“西门子不会制造3D打印机，我们要做的是如何使用好3D打印机。”

芬斯蓬工厂现有的12台3D打印机，来自德国EOS公司。其中，有4台是专门适应西门子的需求，进行过软件改造的定制修复打印机。芬斯蓬工厂此前长期回收磨损的燃气轮机零件，进行修复，像前文提到的曾由13个部件和18个焊接点组成和燃烧室前端，以往需要大规模的切断、重铸。现在，定制的3D打印机只需要截去顶部的24mm，快速打印，交货时间缩短60%。

霍姆斯特龙也强调，3D打印技术暂时不会代替大规模制造。西门子将着力发挥自身的软件和控制数字化优势，有信心在3D打印原型设计中领先一个身位。

霍姆斯特龙举了一个例子，显示芬斯蓬工厂已经开始为第三方提供3D打印服务。前不久，工厂为斯洛文尼亚的Krško核电站提供了解决方案：核电站循环水泵的一个直径108mm的金属叶片需要换新，而原生产商已停止生产。芬斯蓬工厂通过3D打印技术对叶片进行了重新设计和制造，新叶片已在核电站中安全运行。

在虚拟的数字化模型中，工程师们可以在批量生产前测试特定的性能，开发时间大大缩短。这种近乎零成本的试误令霍姆斯特龙感到兴奋。他说道，目前已采用3D打印的燃气轮机零件只有一小部分，从制造成本来看，有高有低。

但霍姆斯特龙强调，对于西门子的3D打印布局而言，成本并不是最重要的，最重要的还是无限灵活的设计带来的未来潜力。

相比起无限的设计潜力，人才的需求缺口日益凸显。霍姆斯特龙需要的3D打印研发人才，既要是熟练的数字化工程师，又具备创造力和想象力。