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探訪西門(mén)子瑞典芬斯蓬工廠:3D打印革命下的燃?xì)廨啓C(jī)制造

2017-12-13 09:41:25 澎湃新聞  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
3D打印重新定義了制造業(yè)。千百年來(lái),制造業(yè)是一種減法:拿到原材料,車(chē)銑刨磨,去除多余的部分,最終成型;3D打印則讓制造業(yè)變成了一種不斷添加原材料的加法。西門(mén)子瑞典芬斯蓬工廠CEO漢斯˙霍姆斯特龍(Hans H

這是一種名為選擇性激光熔化(SLM)的增材制造技術(shù)。與激光燒結(jié)(SLS)技術(shù)相比,選擇性激光熔化打印機(jī)控制激光在鋪設(shè)好的粉末上方,選擇性地對(duì)粉末進(jìn)行照射,將金屬粉末加熱到完全熔化后成型,不需要黏合劑,成型的金屬零件致密度和力學(xué)性能都更好。
 
 
選擇性激光熔化(SLM)
 
不過(guò),發(fā)電領(lǐng)域給3D打印工藝提出了更高的要求。以燃?xì)廨啓C(jī)為例,首先,零件熱負(fù)荷接近于所用金屬的熔點(diǎn);其次,渦輪葉片所承受的離心力是凈重力的10000倍;最后,葉片尖端的線速度接近聲速。
 
西門(mén)子是率先利用選擇性激光熔化技術(shù)生產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)和蒸汽輪機(jī)金屬部件的企業(yè)之一。那么,這些3D打印工藝而成的零件,上崗后表現(xiàn)如何呢?
 
13合1
 
佩森介紹道,應(yīng)用在燃?xì)廨啓C(jī)上的3D打印部件展現(xiàn)出了相同的安全性和可靠性,效率和可持續(xù)性方面也具有優(yōu)勢(shì)。
 
芬斯蓬工廠目前采用3D打印制造的燃?xì)廨啓C(jī)零件,集中在燃燒室部分。相關(guān)工程人員著重介紹了SGT-800燃燒室前端。在傳統(tǒng)生產(chǎn)過(guò)程中,這個(gè)部位由13個(gè)部件和18個(gè)焊接點(diǎn)組成,而3D打印技術(shù)將其作為整體打印,生產(chǎn)時(shí)間由數(shù)月縮短到一兩周。
 
這些經(jīng)過(guò)3D打印設(shè)計(jì)制造的燃燒室,支持更高燃燒溫度,可以處理高達(dá)60%的氫與天然氣的共燃。由于氫氣比天然氣便宜,相比起純天然氣燃料,每年可以節(jié)省300萬(wàn)歐元。
 
 
適用3D打印的燃燒室前端
 
而在西門(mén)子的另一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)工廠——英國(guó)林肯工廠,3D打印技術(shù)對(duì)SGT-400燃?xì)廨啓C(jī)的葉片進(jìn)行了重新設(shè)計(jì),利用多晶鎳超合金粉末制造,并改進(jìn)了冷卻性能。在滿(mǎn)負(fù)荷核心機(jī)測(cè)試中,葉片被高于1250攝氏度的高溫氣體包圍,運(yùn)行速度超過(guò)每小時(shí)1600公里,相當(dāng)于受力11噸。
 
英國(guó)林肯工廠在3D打印燃?xì)廨啓C(jī)葉片上取得的進(jìn)展,與西門(mén)子2016年收購(gòu)的英國(guó)3D打印公司Materials Solutions有著緊密的關(guān)聯(lián),后者專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)渦輪機(jī)高溫應(yīng)用的高性能部件。
 
不會(huì)代替大規(guī)模制造
 
波音、惠普、巴斯夫、拜耳、霍尼韋爾等企業(yè)也在加緊3D打印材料、裝備、軟件系統(tǒng)、服務(wù)等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)滲透。西門(mén)子的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手GE,在2016年斥巨資收購(gòu)了金屬3D打印德國(guó)ConceptLaser公司和瑞典Arcam公司75%的股權(quán)。
 
在這股大潮下,西門(mén)子怎樣部署3D打印的未來(lái)?西門(mén)子全球分布式發(fā)電業(yè)務(wù)及石油與天然氣服務(wù)CEO索比約恩˙福爾斯(Thorbjorn Fors)直白地說(shuō)道:“西門(mén)子不會(huì)制造3D打印機(jī),我們要做的是如何使用好3D打印機(jī)。”
 
芬斯蓬工廠現(xiàn)有的12臺(tái)3D打印機(jī),來(lái)自德國(guó)EOS公司。其中,有4臺(tái)是專(zhuān)門(mén)適應(yīng)西門(mén)子的需求,進(jìn)行過(guò)軟件改造的定制修復(fù)打印機(jī)。芬斯蓬工廠此前長(zhǎng)期回收磨損的燃?xì)廨啓C(jī)零件,進(jìn)行修復(fù),像前文提到的曾由13個(gè)部件和18個(gè)焊接點(diǎn)組成和燃燒室前端,以往需要大規(guī)模的切斷、重鑄?,F(xiàn)在,定制的3D打印機(jī)只需要截去頂部的24mm,快速打印,交貨時(shí)間縮短60%。
 
霍姆斯特龍也強(qiáng)調(diào),3D打印技術(shù)暫時(shí)不會(huì)代替大規(guī)模制造。西門(mén)子將著力發(fā)揮自身的軟件和控制數(shù)字化優(yōu)勢(shì),有信心在3D打印原型設(shè)計(jì)中領(lǐng)先一個(gè)身位。
 
霍姆斯特龍舉了一個(gè)例子,顯示芬斯蓬工廠已經(jīng)開(kāi)始為第三方提供3D打印服務(wù)。前不久,工廠為斯洛文尼亞的Krško核電站提供了解決方案:核電站循環(huán)水泵的一個(gè)直徑108mm的金屬葉片需要換新,而原生產(chǎn)商已停止生產(chǎn)。芬斯蓬工廠通過(guò)3D打印技術(shù)對(duì)葉片進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)和制造,新葉片已在核電站中安全運(yùn)行。
 
在虛擬的數(shù)字化模型中,工程師們可以在批量生產(chǎn)前測(cè)試特定的性能,開(kāi)發(fā)時(shí)間大大縮短。這種近乎零成本的試誤令霍姆斯特龍感到興奮。他說(shuō)道,目前已采用3D打印的燃?xì)廨啓C(jī)零件只有一小部分,從制造成本來(lái)看,有高有低。
 
但霍姆斯特龍強(qiáng)調(diào),對(duì)于西門(mén)子的3D打印布局而言,成本并不是最重要的,最重要的還是無(wú)限靈活的設(shè)計(jì)帶來(lái)的未來(lái)潛力。
 
相比起無(wú)限的設(shè)計(jì)潛力,人才的需求缺口日益凸顯。霍姆斯特龍需要的3D打印研發(fā)人才,既要是熟練的數(shù)字化工程師,又具備創(chuàng)造力和想象力。

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