En kernegren af additiv fremstilling, metal 3D-printning anvender digitale modeller til at styre smeltningen og stablingen af metalpulver lag for lag for at skabe solide komponenter. Blandt dets grundlæggende operationer er elektronstrålesmeltning (EBM) og selektiv lasersmeltning (SLM). I SLM bruges høj-laserstråler til at smelte metalpulvere, hvilket giver mulighed for lag-}for-lagskonstruktion af komplekse strukturer gennem præcis kontrol af laserscanningsbanerne. Baseret på Siemens Energy's tilgang kombinerer dens SLM-byggede gasturbinebrænder 13 svejste komponenter i en enkelt enhed, hvilket i høj grad forlænger komponenternes levetid og pålidelighed.
Der er tre nøglefordele ved denne teknologi: For det første bruger den mere end 95% af materialet, hvilket er meget bedre end de 60%-70%, der bruges i almindelige støbemetoder; for det andet kan det skabe komplekse former, som er vanskelige at lave med traditionelle metoder, såsom honeycomb-mønstre til køling i motorens cylinderhoveder; og for det tredje kan dele ved at optimere designet gøres 30%-70% lettere, mens de stadig er stærke. Ved at bruge 3D-print af metal har Siemens Energys forskning vist, at vægten af topstykker faldt fra 5095 gram til 1755 gram, hvilket resulterede i en 65 % reduktion i volumen og en 40 % stigning i varmeafledningseffektiviteten.
Ved hjælp af Materials Solutions har Siemens Energy udviklet et produktionssystem, der spænder over 90 industrielle metal 3D-printere. Ved hjælp af SLM-teknologi er gasturbinebladene designet til at forbedre luftstrømmen inde i dem ved at efterligne naturen, hvilket hjælper med at forbrænde brændstof mere effektivt og reducerer behovet for køleluft. Den teknologiske nyhed ligger i materialeinnovation: skabelsen af nikkel-baseret legeringspulver, der passer til høje-temperaturforhold, som kan holde en levetid på 100.000 timer ved 650 grader.
Skræddersyet fremstilling af bladblinkere er opnået gennem 3D-metalprintteknologi for at løse udfordringerne ved konventionel bladproduktion, som er afhængig af forme og medfører høje omkostninger. Topologisk optimeringsdesign har reduceret lynaflederens vægt med fyrre procent og tredoblet installationseffektiviteten. Denne teknologi kan reducere vedligeholdelsesomkostningerne med 20 % og væsentligt forbedre den samlede levetidsøkonomi for strøm-producerende udstyr i forbindelse med offshore vindkraft.
3D metalprint har løst det udfordrende problem med bearbejdning af mikrokanaler, som er vanskeligt at nå med konventionelle metoder i udviklingen af mikroturbinemotorer. UFor en 50 mm mikroluftkølet-turbine som et eksempel er vægtykkelsen af kølekanalen produceret ved 3D-printning kun 0,3 mm, hvilket forbedrer køleeffektiviteten med 50 % og opnår en effekttæthed tre gange højere end i konventionelle designs.
Tre dimensioner afspejler den tre-dobbelte anvendelsesværdi af metal 3D-print i energisektoren:
AIfølge Siemens Energy's praksis er brugen af udstyr steget med 200 %, mens produktionscyklussen for brænderkomponenter fremstillet med 3D-print er blevet skåret fra 12 uger ved konventionelle metoder til 4 uger. Den skræddersyede produktion af bladblinkere har reduceret leveringscyklussen fra 60 dage til kun 7 dage i vindkraftproduktionssektoren, og derved imødekomme efterspørgslen efter hurtige reaktioner på markedet.
DA direkte reduktion i produktionsomkostninger skyldes forbedret udnyttelse af materialer. UVed at bruge gasturbinevinger som eksempel spilder konventionelle støbeteknikker op til 30 % af materialerne, mens 3D-print kun resulterer i et tab på 5 % af støttematerialer. I sektoren for drift og vedligeholdelse af energiudstyr har 3D-printteknologi reduceret vedligeholdelsessvartider til inden for 24 timer og reduceret lageromkostningerne for reservedele med 40 %.
Topologioptimeringsdesign øger varmeafledningsområdet af motorens cylinderhoved med 80 %, hvilket resulterer i en vægtreduktion på 66 %. Inden for mikroenergiudstyr har 3D-printteknologi opnået præcis fremstilling af mikrokanaler på et 0,1 mm niveau, hvilket giver muligheder for innovativt design af væsentlige komponenter, såsom brændselscelle bipolære plader.
På trods af de store teknologiske fordele giver brugen af metal 3D-print i energisektoren stadig tre hovedproblemer.
TDen begrænsede brug af nuværende metalpulvere i højtrykskomponenter{{0} skyldes, at deres udmattelsesstyrke er 15 % til 20 % lavere end for fremstillede materialer. Nøglen til fremskridt er at udvikle nye typer legeringer, såsom specielle titanlegeringer fremstillet med laseradditiv fremstilling, der kan opnå en flydespænding på 900 MPa eller mere.
Procesoptimering skal stadig overvinde den dimensionelle afvigelse forårsaget af termisk deformation. UVed at bruge multi-fysisk simuleringsteknologi styrer Siemens Energy dimensionsnøjagtigheden af topstykker til inden for ± 0,05 mm, hvilket er 50 % mere præcist, end hvad konventionelle metoder tillader.
Der findes ingen branchecertificering for de 3D-printede komponenter i energiudstyr. EEetablering af et omfattende system af processtandarder, der inkluderer materialer, procedurer og test, er en del af den nuværende gennembrudssti. For metal 3D-printede komponenter har den tyske VDI 3405 standard for eksempel standardiseret procedurerne for udmattelsestestning.