混合增材制造，GE提高渦輪葉片修復(fù)效率

魔猴君  科技前沿   2714天前

GE是與增材制造（AM）的進(jìn)步最密切相關(guān)的一主要“玩家”，最經(jīng)典的當(dāng)屬LEAP噴氣發(fā)動機(jī)的燃油噴嘴案例。然而，GE與增材制造相關(guān)的一個值得注意的是一次收購。2015年收購阿爾斯通電力公司后，還獲得了通過Hamuel的混合增材制造設(shè)備來修復(fù)渦輪葉片的技術(shù)。

如何在現(xiàn)有的渦輪機(jī)葉片上應(yīng)用金屬3D打印技術(shù)，對于再制造領(lǐng)域來說有著廣泛的應(yīng)用前景。在瑞士Birr的GE Power Services生產(chǎn)基地，新融合進(jìn)來的原阿爾斯通團(tuán)隊通過Hamuel混合增材制造設(shè)備，不僅修復(fù)葉片，還提升了葉片的性能。

與許多混合增材制造設(shè)備領(lǐng)域的機(jī)床廠商類似，Hamuel的設(shè)備也采用了德州混合動力制造技術(shù)公司的“Ambit”激光沉積焊接系統(tǒng)來實現(xiàn)增材制造。Hamuel于2013年推出增材制造混合加工中心HSTM 1000。該設(shè)備結(jié)合激光熔覆，五軸加工，檢驗，拋光和激光打標(biāo)于一體。特別是在修復(fù)磨損葉片和葉盤方面有著優(yōu)秀的加工能力。

“Ambit”激光沉積焊接系統(tǒng)可以裝入機(jī)床的主軸（使用與刀具相同的接口），從而使得機(jī)床像“換刀”一樣方便的調(diào)用激光熔覆功能進(jìn)行金屬沉積加工。在其標(biāo)準(zhǔn)版本中，Hamuel的HSTM系列機(jī)床采用五軸銑削和全車削，可在單個加工工序中加工復(fù)雜輪廓的渦輪葉片。該機(jī)器的混合增材制造版本通過定向金屬沉積的方式將金屬直接“補(bǔ)焊”到工件上，從而實現(xiàn)零件修復(fù)的功能，補(bǔ)焊完成后通過機(jī)加工的方式精確到公差范圍內(nèi)。

根據(jù)GE的工作小組，混合增材制造的優(yōu)勢是僅需要一次裝夾過程。與多臺機(jī)器相比，一次裝夾的情況節(jié)省了傳輸和調(diào)整時間。在采用切割、堆焊和精加工等連續(xù)步驟的典型維修中，混合增材制造節(jié)省了三個運輸和夾緊步驟中的兩個。

GE的工作小組看來，金屬3D打印與數(shù)控金屬切削機(jī)床的結(jié)合表現(xiàn)出了比傳統(tǒng)機(jī)床更多的價值——就像瑞士軍刀不僅僅是一把刀，智能手機(jī)不僅僅是一部手機(jī)。雖然Birr中大多葉片刀片修復(fù)仍通過常規(guī)方法進(jìn)行（因為工廠葉片修復(fù)的工作量太大了），但是混合增材制造系統(tǒng)已經(jīng)被證明讓葉片的修復(fù)過程變得更加高效。

殘缺的葉片

從混合增材制造加工工藝中獲益的另一個例子是提高葉片性能。過去幾年的加工經(jīng)驗表明，改進(jìn)葉片的設(shè)計可以提升渦輪機(jī)效率。葉片作為渦輪實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的基本元件,其幾何外形設(shè)計優(yōu)劣能直接影響渦輪的整體性能。通過改變渦輪葉片前緣形狀,可以達(dá)到提高渦輪流動特性和氣動性能目的。而3D打印技術(shù)為制造的靈活性擴(kuò)展了很大的自由度。

在過去，這樣對于葉片的修改是不可能的。而混合增材制造設(shè)備上的3D打印和銑削加工的配合帶來了小量修改的可行性與經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)這些葉片被完全修復(fù)后，它們被賦予了新的性能，從而有力地提升渦輪的整體性能。

值得注意的是，雖然這些葉片的批量很小，但是工作量并不小，可能會遇到典型的生產(chǎn)問題，包括人為的錯誤導(dǎo)致的碰撞損壞“Ambit”金屬沉積系統(tǒng)。獲得新的替換系統(tǒng)將需要七天時間，在此期間設(shè)備就失去了3D打印功能，這意味著那些需要被處理的葉片只好排隊等待。

毋庸置疑，3D打印技術(shù)在零件的再制造領(lǐng)域?qū)l(fā)揮積極的價值。這對于探索3D打印技術(shù)的商業(yè)模式的企業(yè)來說，再制造可以作為市場的一個切入點來進(jìn)行布局。

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