西门子在3D打印燃气轮机叶片领域实现突破

•成功完成首次增材制造叶片满负荷核心机试验

•增材制造技术是数字化制造的重要支柱

西门子成功完成对完全采用增材制造（AM）技术生产的燃气轮机叶片的首次满负荷核心机试验，实现技术上的重大突破。西门子在发动机满负荷状态下成功验证了多个采用传统设计的增材制造涡轮机叶片。这意味着该叶片的测试转速达到每分钟13,000转，测试温度超过摄氏1,250度。此外，西门子还测试了利用增材制造技术制造的经全面改良内部冷却结构的新叶片。项目组使用的叶片是由Materials Solutions的3D打印设施制造的。西门子新收购的Materials Solutions公司位于英国伍斯特地区，专门生产透平机械高温应用的高性能部件。对透平机械设备来说，精度、表面光洁度和材料质量对确保部件的运行性能至关重要。上述试验在位于英国林肯的西门子工业燃气轮机厂的测试装置上进行。

“这是增材制造在发电领域应用的重大突破，对增材制造技术来说也是最具挑战性的应用之一，”西门子发电与天然气集团首席执行官Willi Meixner表示。“增材制造技术是我们数字化战略的重要支柱之一。试验的成功离不开我们国际项目组兢兢业业的努力，项目组成员包括来自芬斯蓬、林肯和柏林的西门子工程师以及来自Materials Solutions的专家。他们在短短18个月时间内完成了从部件设计、增材制造材料开发以及模拟和质量控制新方法等一系列工作。结合我们在3D打印领域的专业知识，我们将继续推动该领域的技术开发和应用。”

这些叶片安装在13兆瓦（MW）的西门子SGT-400工业燃气轮机上。该增材制造轮机叶片利用多晶镍超合金粉末制造，能够耐受高压、高温和燃气轮机的高速运转所产生的离心力。在满负荷核心机试验中，这些燃气轮机叶片运行速度超过1,600公里/小时，受力高达11吨（相当于伦敦一辆满载公交车的重量）。这些叶片被摄氏1,250度的气体包围，然后利用超过摄氏400度的空气冷却。在林肯工厂测试的先进叶片设计改进了冷却性能，可以提高西门子燃气轮机的总体效率。

增材制造是在分层CAD模型中逐层构建部件以形成3D物质的过程。增材制造也称为“3D打印”，在快速建模方面尤其具有优势。Meixner表示：“这项激动人心的技术正在改变我们的制造方式，将原型研发周期时间缩短90%。西门子是增材制造领域的引领者。我们可以通过提高效率和可用性加速新型燃气轮机的设计，而且可以让这些技术进步更快地惠及客户。这种制造的灵活性也使西门子的研发更符合客户需求，并按需提供备件。”

西门子在材料科学、自动化、制造等关键领域拥有广博的知识和工艺专长，因此西门子在塑造3D打印行业的未来方面拥有巨大优势。下一步将是成功完成高级叶片设计测试，以充分挖掘增材制造的潜力。西门子正在研发仅能借助增材制造技术实现的独特燃气轮机设计，扩大增材制造轮机设备的批量生产。立足西门子在能源市场逾百年的经验，西门子有能力将新设计可能性转化为面向客户的具体解决方案。

西门子广泛利用增材制造技术实现快速原型制作，并且已经推出面向燃气轮机压气机和燃烧系统部件的批量生产解决方案。2016年2月，西门子在瑞典芬斯蓬建设了一家新的3D打印部件生产工厂，西门子重型燃气轮机的首款3D打印部件，已于2016年7月商业运行。

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