摘要：從人體器官、奧斯卡頒獎禮上的小金人到辦公樓甚至汽車火箭，近年大熱的3D打印技術(shù)勢如破竹，雄赳赳氣昂昂地挺進各行各業(yè)。受限于高溫、高壓和離心力，3D打印技術(shù)似乎難以在發(fā)電行業(yè)施展拳腳。然而在發(fā)電領(lǐng)域，西門子早已“喜提”多項成果，不僅是燃機葉片、核電站消防水泵的金屬葉輪、工業(yè)汽輪機的油封圈，現(xiàn)在已經(jīng)拓展到燃氣輪機的燃燒器了。
關(guān)鍵字：3D打印,3D打印技術(shù),3D打印機
從人體器官、奧斯卡頒獎禮上的小金人到辦公樓甚至汽車火箭，近年大熱的3D打印技術(shù)勢如破竹，雄赳赳氣昂昂地挺進各行各業(yè)。受限于高溫、高壓和離心力，3D打印技術(shù)似乎難以在發(fā)電行業(yè)施展拳腳。然而在發(fā)電領(lǐng)域，西門子早已“喜提”多項成果，不僅是燃機葉片、核電站消防水泵的金屬葉輪、工業(yè)汽輪機的油封圈，現(xiàn)在已經(jīng)拓展到燃氣輪機的燃燒器了。
西門子利用增材制造技術(shù)打印出了全球第一個應用于SGT-700燃氣輪機的燃燒器。
不僅如此，西門子與意昂集團在2018年9月19日共同宣布，這個燃燒器在意昂集團位于德國黑森州菲利普斯塔爾(Philippsthal)的聯(lián)合循環(huán)電廠中已經(jīng)運行達到了一年，運行時間逾8000小時，更為難得的是這期間沒有出現(xiàn)任何問題報告。
這個燃燒器長這樣↓↓↓
2016年2月，西門子在瑞典東南部的工業(yè)重鎮(zhèn)芬斯蓬(Finspång)開設(shè)金屬3D打印技術(shù)研發(fā)和制造中心，為當?shù)氐奈鏖T子重型燃氣輪機工廠配套“打印”生產(chǎn)零部件。該中心目前為西門子全球最大的3D技術(shù)研發(fā)基地之一。西門子也是業(yè)界首個針對發(fā)電行業(yè)部件的增材制造建立研發(fā)中心的公司。
▲ 芬斯蓬工廠。
這批應用于SGT-700燃氣輪機的燃燒器正是該基地智能燃燒器制造項目打造的首批成果。2017年，西門子開始用名為選擇性激光熔化(SLM)的增材制造技術(shù)打印燃氣輪機的燃燒器。
▲ 西門子是率先利用選擇性激光熔溶化技術(shù)生產(chǎn)燃氣輪機和蒸汽輪機金屬部件的企業(yè)之一。
與傳統(tǒng)方法需要13個獨立部件和18個焊接頭不同的是，3D打印的每個燃燒器頭部都采用一體制造。設(shè)計方面的改進，比如將引火燃氣管由外部燃氣管變成燃燒器頭部的一部分，能夠保持更低的運轉(zhuǎn)溫度，從而有助于延長組件壽命，并最終延長燃氣輪機的使用壽命。
千百年來工業(yè)制造從原材料生產(chǎn)成為產(chǎn)品，一直是一個“做減法”的過程，但在數(shù)字化生產(chǎn)的3D打印時代，制造將變成層層累積原材料來“做加法”的過程。
目前在工業(yè)制造領(lǐng)域，金屬3D打印技術(shù)主要有3項應用。第一是快速零部件模型設(shè)計，第二是快速維修，第三是快速制造。2016年7月，西門子重型燃機的首款3D打印部件投入商業(yè)運行。2017年2月，西門子成功完成對完全采用增材制造技術(shù)生產(chǎn)的燃氣輪機葉片的首次滿負荷核心機試驗。
這意味著該技術(shù)生產(chǎn)的葉片測試轉(zhuǎn)速可以達到每分鐘13,000轉(zhuǎn)，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(shù)制造的經(jīng)全面改良內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)的新葉片。
葉片長這樣↓↓↓
按照傳統(tǒng)制造工藝，燃氣輪機零部件的制造周期通常為12-15個月左右。如果運用3D打印技術(shù)，幾個月甚至幾個周的時間就可以“打印”一個部件出來。
2017年3月，西門子為斯洛文尼亞Krško核電站用3D打印技術(shù)打印出了一個消防水泵金屬葉輪，用以更換已經(jīng)停產(chǎn)的部件。由于核領(lǐng)域?qū)Π踩院涂煽啃缘膰栏褚?，獲得這一突破堪稱重大成就。
2018年4月，西門子推出了首個應用于工業(yè)蒸汽輪機的3D打印油封圈。通過增材制造技術(shù)，西門子生產(chǎn)汽輪機的更換部件將研發(fā)周期縮短了40%。
西門子早在2008年就開始投資金屬3D打印技術(shù)，并且針對發(fā)電領(lǐng)域進行了3D打印技術(shù)研發(fā)。
2012年，西門子安裝了第一臺EOS M280 SLM打印機，并將其改造用于燃燒器修復。
2013年，第一批3D打印燃燒器噴嘴和旋流器安裝用于商業(yè)燃氣輪機中。
2016年，西門子收購了全球領(lǐng)先的增材制造企業(yè)之一，英國的Materials Solutions公司。
據(jù)Gartner今年年初發(fā)布的一份報告預測，到2021年，20%的企業(yè)將成立內(nèi)部創(chuàng)業(yè)公司，開發(fā)基于3D打印的新產(chǎn)品和服務;40%的制造企業(yè)將建立3D打印中心。
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