隨著氣候變化對全球的影響日益顯著，很多公司都在想盡各種辦法來使自己的生產(chǎn)方式可持續(xù)，并減輕對環(huán)境的負(fù)面影響。德國工業(yè)巨頭西門子就是這樣一家公司。該公司迄今已經(jīng)投入了數(shù)十億美元在清潔能源技術(shù)的開發(fā)領(lǐng)域，其中包括該公司在德國Ludwigsfelde成立的清潔能源中心。

據(jù)小艾了解，該清潔能源中心是目前西門子燃?xì)鉁u輪機(jī)的一個試驗(yàn)場，這也是該公司綠色技術(shù)計劃的中心內(nèi)容之一。與煤相比，靠燃?xì)怛?qū)動的渦輪機(jī)效率更高，而且二氧化碳排放更少。西門子公司稱，他們的375兆瓦H級燃?xì)廨啓C(jī)是世界上最強(qiáng)大和最有效的。盡管如此，該公司也在一直不斷地改進(jìn)該技術(shù)，這些研發(fā)活動大部分都在清潔能源中心進(jìn)行。在這里，渦輪機(jī)部件會經(jīng)過嚴(yán)格的測試，包括將其暴露在1500攝氏度的溫度下等。

西門子清潔能源中心

這些測試的目的是優(yōu)化燃燒過程，從而實(shí)現(xiàn)更好的能源效率。不過這是一個比較緩慢的過程，主要是因?yàn)檫@些渦輪部件都是用高溫合金精密鑄造的，制造一個往往要花好幾個月和很多錢，這顯然限制了該公司對這些部件測試的次數(shù)。因此該公司一直在尋找一種新的生產(chǎn)方法。

日前，西門子柏林制造廠的專家們與弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT）聯(lián)手，共同開發(fā)了一種使用選擇性激光熔融（SLM）3D打印技術(shù)的工藝來制造那些最終需要在渦輪發(fā)動機(jī)的熱氣體區(qū)域工作的渦輪葉片。為了能夠承受這樣的高溫，渦輪葉片內(nèi)部需要冷卻結(jié)構(gòu)，由于其復(fù)雜性，在過去這是需要使用精密鑄造來完成的。而現(xiàn)在，西門子和弗勞恩霍夫開始嘗試使用增材制造。

據(jù)悉，在諸如航空航天等行業(yè)里，SLM技術(shù)正在變得越來越受歡迎，這是因?yàn)樵摷夹g(shù)很適合制造那些具有復(fù)雜幾何形狀、體積大、重量輕的部件。而弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所多年來一直在開發(fā)基于激光的增材制造技術(shù)，他們能夠利用基于粉末床的SLM技術(shù)制造出長達(dá)250毫米的渦輪機(jī)部件，同時還具有較強(qiáng)的表面質(zhì)量和尺寸精度。

單獨(dú)制造的導(dǎo)流葉片

不過，這中間仍有一些挑戰(zhàn)，燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)中包括安裝在渦輪箱里的導(dǎo)流葉片，該葉片主要用于將熱氣體通到轉(zhuǎn)子葉片上去。這些導(dǎo)流葉片尺寸很大，而且包括兩個巨型平臺再加上帶有復(fù)雜冷卻結(jié)構(gòu)的螺旋槳。整個結(jié)構(gòu)很難制造。尤其是螺旋槳，簡直是一場噩夢，就算是SLM也需要額外的內(nèi)部支持。

用新的模塊化工藝制成的導(dǎo)流葉片

制造團(tuán)隊(duì)采用的解決辦法是修改西門子使用的工藝鏈，把它分解成更小的步驟。其中的平臺和螺旋槳分別制造，然后再釬焊在一起，以消除對支撐的需要和改善表面質(zhì)量。最終的部件可以用于熱路徑臺架試驗(yàn)，從而為設(shè)計工程師提供快速反饋，進(jìn)一步加快測試過程。

這種模塊化的新型制造工藝也可以用于很多其它部件。使用SLM制造的零部件可以輕松地與使用傳統(tǒng)制造工藝的零部件連接起來，這意味著SLM?——仍然是成本高昂的技術(shù)——可以用于更加復(fù)雜零件的鑄造以及不能處理的部件。

這就提醒了我們，盡管3D打印擁有諸多優(yōu)勢，但有的時候跟其它更為傳統(tǒng)的技術(shù)結(jié)合起來反而能夠擁有更大的能力。

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