En kjernegren av additiv produksjon, metall 3D-utskrift bruker digitale modeller for å styre smeltingen og stablingen av metallpulver lag for lag for å lage solide komponenter. Blant dens grunnleggende operasjoner er elektronstrålesmelting (EBM) og selektiv lasersmelting (SLM). I SLM brukes høy-laserstråler til å smelte metallpulver, noe som gir mulighet for lag-for-lagskonstruksjon av komplekse strukturer gjennom presis kontroll av laserskanningsbanene. Basert på Siemens Energys tilnærming, kombinerer dens SLM-bygde gassturbinbrenner 13 sveisede komponenter til en enkelt enhet, noe som i stor grad forlenger komponentens levetid og pålitelighet.
Det er tre hovedfordeler med denne teknologien: For det første bruker den mer enn 95 % av materialet, som er mye bedre enn de 60-70 % som brukes i vanlige støpemetoder; for det andre kan det skape komplekse former som er vanskelige å lage med tradisjonelle metoder, som honeycomb-mønstre for kjøling i motorens sylinderhoder; og for det tredje, ved å optimalisere designet, kan deler gjøres 30–70 % lettere mens de fortsatt er sterke. Ved å bruke 3D-utskrift av metall har Siemens Energys forskning vist at vekten på sylinderhoder falt fra 5095 gram til 1755 gram, og gir derfor en 65 % reduksjon i volum og en 40 % økning i varmeavledningseffektiviteten.
Ved hjelp av Materials Solutions har Siemens Energy utviklet et produksjonssystem som spenner over nitti industrielle 3D-skrivere av metall. Ved å bruke SLM-teknologi er gassturbinbladene laget for å forbedre luftstrømmen inne i dem ved å etterligne naturen, noe som bidrar til å forbrenne drivstoff mer effektivt og reduserer behovet for kjøleluft. Den teknologiske nyheten ligger i materialinnovasjon: opprettelsen av nikkel-baserte legeringspulvere som passer for høye-temperaturforhold, som kan holde en levetid på 100 000 timer ved 650 grader.
Skreddersydd produksjon av bladblinkers er oppnådd gjennom 3D-metallutskriftsteknologi for å møte utfordringene med konvensjonell bladproduksjon, som er avhengig av støpeformer og medfører høye kostnader. Topologisk optimaliseringsdesign har redusert lynavlederens vekt med førti prosent og tredoblet installasjonseffektiviteten. Denne teknologien kan redusere vedlikeholdskostnadene med 20 % og forbedre den totale levetidsøkonomien for kraft-produserende utstyr i sammenheng med vindkraft til havs.
3D-metallutskrift har løst det utfordrende problemet med maskinering av mikrokanaler som er vanskelig å nå med konvensjonelle metoder i utviklingen av mikroturbinmotorer. UFor en 50 mm mikroluft-avkjølt turbin som et eksempel, er veggtykkelsen til kjølekanalen produsert ved 3D-utskrift bare 0,3 mm, og forbedrer derfor kjøleeffektiviteten med 50 % og oppnår en effekttetthet som er tre ganger høyere enn i konvensjonelle design.
Tre dimensjoner gjenspeiler den tre-doble bruksverdien til 3D-utskrift av metall i energisektoren:
AIfølge Siemens Energys praksis har utstyrsbruken økt med 200 %, mens produksjonssyklusen for brennerkomponenter laget med 3D-utskrift er kuttet fra 12 uker i konvensjonelle metoder til 4 uker. Den skreddersydde produksjonen av bladblinkers har redusert leveringssyklusen fra 60 dager til bare 7 dager i vindkraftproduksjonssektoren, og møter dermed etterspørselen etter rask respons i markedet.
DA direkte reduksjon i produksjonskostnader er et resultat av forbedret materialutnyttelse. UVed å bruke gassturbinblader som et eksempel, sløser konvensjonelle støpeteknikker opptil 30 % av materialene, mens 3D-utskrift resulterer i bare 5 % tap av støttematerialer. I sektoren for drift og vedlikehold av energiutstyr har 3D-utskriftsteknologi redusert responstiden for vedlikehold til innen 24 timer og redusert lagerkostnadene for reservedeler med 40 %.
Topologioptimaliseringsdesign øker varmeavledningsområdet til motorens sylinderhode med 80 %, noe som resulterer i en vektreduksjon på 66 %. Innenfor mikroenergiutstyr har 3D-utskriftsteknologi oppnådd presis fabrikasjon av mikrokanaler på et 0,1 mm nivå, og gir dermed muligheter for innovativ design av essensielle komponenter, som for eksempel brenselcelle bipolare plater.
Til tross for de store teknologiske fordelene, har bruken av metall 3D-utskrift i energisektoren fortsatt tre hovedvansker.
TDen begrensede bruken av nåværende metallpulver i høytrykkskomponenter{{0} skyldes at deres utmattelsesstyrke er 15 % til 20 % lavere enn for produserte materialer. Nøkkelen til fremgang er å utvikle nye typer legeringer, som spesielle titanlegeringer laget med laseradditiv produksjon, som kan oppnå en flytegrense på 900 MPa eller mer.
Prosessoptimalisering må fortsatt overvinne dimensjonsavviket forårsaket av termisk deformasjon. UVed å bruke multi-fysikksimuleringsteknologi styrer Siemens Energy dimensjonsnøyaktigheten til sylinderhodene til innenfor ± 0,05 mm, som er 50 % mer presist enn hva konvensjonelle metoder tillater.
Det finnes ingen bransjesertifisering for 3D-utskrevne komponenter i energiutstyr. EE-etablering av et omfattende system av prosessstandarder som inkluderer materialer, prosedyrer og testing er en del av den nåværende gjennombruddsveien. For metall 3D-trykte komponenter, for eksempel, har den tyske VDI 3405-standarden standardisert prosedyrene for utmattelsestesting.
https://www.china-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-titanium-alloy-parts-in-medical.html