西门子联手弗劳恩霍夫改进金属增材制造工艺

随着气候变化对全球的影响日益显著，很多公司都在想尽各种办法来使自己的生产方式可持续，并减轻对环境的负面影响。德国工业巨头西门子就是这样一家公司。该公司迄今已经投入了数十亿美元在清洁能源技术的开发领域，其中包括该公司在德国Ludwigsfelde成立的清洁能源中心。

据天工社了解，该清洁能源中心是目前西门子燃气涡轮机的一个试验场，这也是该公司绿色技术计划的中心内容之一。与煤相比，靠燃气驱动的涡轮机效率更高，而且二氧化碳排放更少。西门子公司称，他们的375兆瓦H级燃气轮机是世界上最强大和最有效的。尽管如此，该公司也在一直不断地改进该技术，这些研发活动大部分都在清洁能源中心进行。在这里，涡轮机部件会经过严格的测试，包括将其暴露在1500摄氏度的温度下等。

西门子清洁能源中心

这些测试的目的是优化燃烧过程，从而实现更好的能源效率。不过这是一个比较缓慢的过程，主要是因为这些涡轮部件都是用高温合金精密铸造的，制造一个往往要花好几个月和很多钱，这显然限制了该公司对这些部件测试的次数。因此该公司一直在寻找一种新的生产方法。

日前，西门子柏林制造厂的专家们与弗劳恩霍夫激光技术研究所Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT）联手，共同开发了一种使用选择性激光熔融SLM）3D打印技术的工艺来制造那些最终需要在涡轮发动机的热气体区域工作的涡轮叶片。为了能够承受这样的高温，涡轮叶片内部需要冷却结构，由于其复杂性，在过去这是需要使用精密铸造来完成的。而现在，西门子和弗劳恩霍夫开始尝试使用增材制造。

据悉，在诸如航空航天等行业里，SLM技术正在变得越来越受欢迎，这是因为该技术很适合制造那些具有复杂几何形状、体积大、重量轻的部件。而弗劳恩霍夫激光技术研究所多年来一直在开发基于激光的增材制造技术，他们能够利用基于粉末床的SLM技术制造出长达250毫米的涡轮机部件，同时还具有较强的表面质量和尺寸精度。

单独制造的导流叶片

不过，这中间仍有一些挑战，燃气轮机的结构中包括安装在涡轮箱里的导流叶片，该叶片主要用于将热气体通到转子叶片上去。这些导流叶片尺寸很大，而且包括两个巨型平台再加上带有复杂冷却结构的螺旋桨。整个结构很难制造。尤其是螺旋桨，简直是一场噩梦，就算是SLM也需要额外的内部支持。

用新的模块化工艺制成的导流叶片

制造团队采用的解决办法是修改西门子使用的工艺链，把它分解成更小的步骤。其中的平台和螺旋桨分别制造，然后再钎焊在一起，以消除对支撑的需要和改善表面质量。最终的部件可以用于热路径台架试验，从而为设计工程师提供快速反馈，进一步加快测试过程。

这种模块化的新型制造工艺也可以用于很多其它部件。使用SLM制造的零部件可以轻松地与使用传统制造工艺的零部件连接起来，这意味着SLM ——仍然是成本高昂的技术——可以用于更加复杂零件的铸造以及不能处理的部件。

这就提醒了我们，尽管3D打印拥有诸多优势，但有的时候跟其它更为传统的技术结合起来反而能够拥有更大的能力。