混合增材制造，GE提高渦輪葉片修復效率

魔猴君  科技前沿   2603天前

GE是與增材制造（AM）的進步最密切相關的一主要“玩家”，最經典的當屬LEAP噴氣發動機的燃油噴嘴案例。然而，GE與增材制造相關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的混合增材制造設備來修復渦輪葉片的技術。

如何在現有的渦輪機葉片上應用金屬3D打印技術，對于再制造領域來說有著廣泛的應用前景。在瑞士Birr的GE Power Services生產基地，新融合進來的原阿爾斯通團隊通過Hamuel混合增材制造設備，不僅修復葉片，還提升了葉片的性能。

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

“Ambit”激光沉積焊接系統可以裝入機床的主軸（使用與刀具相同的接口），從而使得機床像“換刀”一樣方便的調用激光熔覆功能進行金屬沉積加工。在其標準版本中，Hamuel的HSTM系列機床采用五軸銑削和全車削，可在單個加工工序中加工復雜輪廓的渦輪葉片。該機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“補焊”到工件上，從而實現零件修復的功能，補焊完成后通過機加工的方式精確到公差范圍內。

根據GE的工作小組，混合增材制造的優勢是僅需要一次裝夾過程。與多臺機器相比，一次裝夾的情況節省了傳輸和調整時間。在采用切割、堆焊和精加工等連續步驟的典型維修中，混合增材制造節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打印與數控金屬切削機床的結合表現出了比傳統機床更多的價值——就像瑞士軍刀不僅僅是一把刀，智能手機不僅僅是一部手機。雖然Birr中大多葉片刀片修復仍通過常規方法進行（因為工廠葉片修復的工作量太大了），但是混合增材制造系統已經被證明讓葉片的修復過程變得更加高效。

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。過去幾年的加工經驗表明，改進葉片的設計可以提升渦輪機效率。葉片作為渦輪實現能量轉換的基本元件,其幾何外形設計優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,可以達到提高渦輪流動特性和氣動性能目的。而3D打印技術為制造的靈活性擴展了很大的自由度。

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濟性。當這些葉片被完全修復后，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問題，包括人為的錯誤導致的碰撞損壞“Ambit”金屬沉積系統。獲得新的替換系統將需要七天時間，在此期間設備就失去了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打印技術在零件的再制造領域將發揮積極的價值。這對于探索3D打印技術的商業模式的企業來說，再制造可以作為市場的一個切入點來進行布局。

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