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混合增材制造,GE提高涡轮叶片修复效率

魔猴君  科技前沿   1245天前

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GE是与增材制造(AM)的进步最密切相关的一主要“玩家”,最经典的当属LEAP喷气发动机的燃油喷嘴案例。然而,GE与增材制造相关的一个值得注意的是一次收购。2015年收购阿尔斯通电力公司后,还获得了通过Hamuel的混合增材制造设备来修复涡轮叶片的技术。


如何在现有的涡轮机叶片上应用金属3D打印技术,对于再制造领域来说有着广泛的应用前景。在瑞士Birr的GE Power Services生产基地,新融合进来的原阿尔斯通团队通过Hamuel混合增材制造设备,不仅修复叶片,还提升了叶片的性能。



与许多混合增材制造设备领域的机床厂商类似,Hamuel的设备也采用了德州混合动力制造技术公司的“Ambit”激光沉积焊接系统来实现增材制造。Hamuel于2013年推出增材制造混合加工中心HSTM 1000。该设备结合激光熔覆,五轴加工,检验,抛光和激光打标于一体。特别是在修复磨损叶片和叶盘方面有着优秀的加工能力。



“Ambit”激光沉积焊接系统可以装入机床的主轴(使用与刀具相同的接口),从而使得机床像“换刀”一样方便的调用激光熔覆功能进行金属沉积加工。在其标准版本中,Hamuel的HSTM系列机床采用五轴铣削和全车削,可在单个加工工序中加工复杂轮廓的涡轮叶片。该机器的混合增材制造版本通过定向金属沉积的方式将金属直接“补焊”到工件上,从而实现零件修复的功能,补焊完成后通过机加工的方式精确到公差范围内。


根据GE的工作小组,混合增材制造的优势是仅需要一次装夹过程。与多台机器相比,一次装夹的情况节省了传输和调整时间。在采用切割、堆焊和精加工等连续步骤的典型维修中,混合增材制造节省了三个运输和夹紧步骤中的两个。



GE的工作小组看来,金属3D打印与数控金属切削机床的结合表现出了比传统机床更多的价值——就像瑞士军刀不仅仅是一把刀,智能手机不仅仅是一部手机。虽然Birr中大多叶片刀片修复仍通过常规方法进行(因为工厂叶片修复的工作量太大了),但是混合增材制造系统已经被证明让叶片的修复过程变得更加高效。


残缺的叶片


从混合增材制造加工工艺中获益的另一个例子是提高叶片性能。过去几年的加工经验表明,改进叶片的设计可以提升涡轮机效率。叶片作为涡轮实现能量转换的基本元件,其几何外形设计优劣能直接影响涡轮的整体性能。通过改变涡轮叶片前缘形状,可以达到提高涡轮流动特性和气动性能目的。而3D打印技术为制造的灵活性扩展了很大的自由度。


在过去,这样对于叶片的修改是不可能的。而混合增材制造设备上的3D打印和铣削加工的配合带来了小量修改的可行性与经济性。当这些叶片被完全修复后,它们被赋予了新的性能,从而有力地提升涡轮的整体性能。


值得注意的是,虽然这些叶片的批量很小,但是工作量并不小,可能会遇到典型的生产问题,包括人为的错误导致的碰撞损坏“Ambit”金属沉积系统。获得新的替换系统将需要七天时间,在此期间设备就失去了3D打印功能,这意味着那些需要被处理的叶片只好排队等待。


毋庸置疑,3D打印技术在零件的再制造领域将发挥积极的价值。这对于探索3D打印技术的商业模式的企业来说,再制造可以作为市场的一个切入点来进行布局。



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