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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   2637天前

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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(dòng)機(jī)的燃油噴嘴案例。然而,GE與增材制造相關(guān)的一個(gè)值得注意的是一次收購(gòu)。2015年收購(gòu)阿爾斯通電力公司后,還獲得了通過(guò)Hamuel的混合增材制造設(shè)備來(lái)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(duì)于再制造領(lǐng)域來(lái)說(shuō)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(lái)的原阿爾斯通團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(dòng)力制造技術(shù)公司的“Ambit”激光沉積焊接系統(tǒng)來(lái)實(shí)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(yàn),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(gè)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(guò)定向金屬沉積的方式將金屬直接“補(bǔ)焊”到工件上,從而實(shí)現(xiàn)零件修復(fù)的功能,補(bǔ)焊完成后通過(guò)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(shì)是僅需要一次裝夾過(guò)程。與多臺(tái)機(jī)器相比,一次裝夾的情況節(jié)省了傳輸和調(diào)整時(shí)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(gè)運(yùn)輸和夾緊步驟中的兩個(gè)。



GE的工作小組看來(lái),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(jià)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(guò)常規(guī)方法進(jìn)行(因?yàn)楣S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(guò)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(gè)例子是提高葉片性能。過(guò)去幾年的加工經(jīng)驗(yàn)表明,改進(jìn)葉片的設(shè)計(jì)可以提升渦輪機(jī)效率。葉片作為渦輪實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的基本元件,其幾何外形設(shè)計(jì)優(yōu)劣能直接影響渦輪的整體性能。通過(guò)改變渦輪葉片前緣形狀,可以達(dá)到提高渦輪流動(dòng)特性和氣動(dòng)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(guò)去,這樣對(duì)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(lái)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(huì)遇到典型的生產(chǎn)問(wèn)題,包括人為的錯(cuò)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(shí)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(duì)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(jià)值。這對(duì)于探索3D打印技術(shù)的商業(yè)模式的企業(yè)來(lái)說(shuō),再制造可以作為市場(chǎng)的一個(gè)切入點(diǎn)來(lái)進(jìn)行布局。



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