發電廠如何從3D列印零件中受益？
OFweek3D列印網訊 發電廠燃氣渦輪機部件的3D列印為以前不可能的設計打開了生產大門。近四十年來，西門子的瑞典芬斯龐工廠製造了燃氣輪機，這座工廠位於挪威老工業港城市以西半個小時左右的一個岩石露頭處。選擇該場地是因為花崗岩露頭的平頂為生產重型工業設備提供了理想的基礎。
在這裡生產的最重的模型，重290噸，產生高達54兆瓦的電力，足夠用於大型工業設施。
在工廠巡視期間，可以看到裝配工人打開SGT 800渦輪機的蓋子以安裝驅動其渦輪機葉片的30個燃氣燃燒器。灰色的亞光灰色燃燒器存儲在支架上，準備安裝。但是，儘管它們的設計複雜，但它們幾乎沒有可見的焊縫。
原因是西門子在使用增材製造工藝。這種技術被稱為添加劑製造，也稱為3D列印，是燃氣輪機生產以及許多其他行業的真正革命。
該技術使得零件可以在按下按鈕時生產，設計只需點擊幾下滑鼠即可更改。此外，以前不可能的設計現在可以成為現實，例如纏繞的中空部件，或具有蜂窩填充物的無縫雙壁結構。
在新的渦輪機中，焊接的燃燒器頭將很快被列印出來。西門子Finspong的增材製造專家團隊的負責人Andreas Graichen說：“3D印表機很快就會生產出這些燃燒器的上半部分。”
一個名為Graichen的焊接工程師自20多年前來到Finspong，但在他的職業生涯中從來沒有經歷過像過去幾個月和幾年一樣的革命性變革。
在Graichen的辦公室旁邊是一個車間，幾個鐳射機將金屬粉末逐層列印成新的燃燒器。由於3D製造，該物體具有由間隙標示的外壁，以及由用於測試替代燃料（主要是氫氣或合成氣）的框架狀結構表徵的內部區域。此前，這些氣體通常在工業過程中作為廢產物產生。雖然工廠操作人員希望使用它們，但是它們不能這樣做，因為氣體必須由燃燒器均勻混合。
然而，現在，由於框架狀結構成為可能，這些結構使新燃燒器能夠為天然氣增加60％的氫氣，這是一個革命性的壯舉。這在以前只有百分之幾的可能性，因為舊的重工業方法，如鑄造和焊接不能產生更高混合物所需的結構。
零件的“新生”
由於其靈活性，3D列印正在擴展到越來越多的領域。
當Finspong的分散式發電服務部門的技術總監Vladimir Navrotsky在2008年開始進行增材製造實驗時，該技術仍然非常昂貴，只能用於創建測試原型。但Navrotsky想使用該技術恢復磨損的零件，最終生產整個元件。
這兩個目標現目前已實現並整合到Finspong工廠的生產過程中。客戶可以要求將最新設計印刷到燃燒器頭上，其結果是效率的顯著提高。
Navrotsky的團隊自2013年以來一直在重新製造使用過的燃燒頭。服務技術人員在燃燒頭運行大約30,000小時後將其從燃氣輪機上拆下，然後送到西門子的Finspong工廠。
在那裡，技術人員移除磨損的燃燒器頭的上部兩釐米，並且簡單地將該層重新印刷到部件上。在不到20小時的時間內就可以3D列印完成，舊的燃燒器與新的一樣好，可以重新安裝。技術人員立即用已經再生的其他零件替換舊燃燒器。
“除了現場翻新的優點之外，再製造部件通常使得工廠操作者能夠實現更高的能量產出。那是因為效率可以提高高達百分之一，”Navrotsky說。
另一個改進是使用新材料用於印刷工藝。事實上，粉末製造商現在可以提供幾乎任何可想像的材料組成，包括能夠在燃燒器尖端承受1500攝氏度溫度的高度耐用的鎳基材料。
雲備用
根據Graichen稱，增材製造打開了一條完全數位化價值鏈的大門。
雖然許多製造步驟已經是數位的，但它們形成孤立的“數位島”。所需要的是這些“島嶼”的自動連結，以創建一個完全數字的價值鏈。
一旦在幾個傳統車間成功實施了數位生產控制過程，就可以在接近客戶的地區進行生產。
客戶和製造商之間的距離將不再是未來完全數位化生產鏈中的障礙。這是因為成品部件的裝運可以由資料的傳輸替換，這可以快速和安全地發送到甚至地球上的最遠點。
“但是，如果沒有這樣的資料，會發生什麼？例如，在幾十年的設施中，既沒有備件也沒有數位設計資料？為了生成該資料，可以對原始部分進行類似於由醫院CAT掃描器創建的3D X射線掃描的資料。然後，所得到的資料集將用於使用添加劑製造來控制新部件的生產。這將使服務部門的全新商業模式成為可能，”Graichen說。
“數位幾何製造資料可能比硬體更有價值，”他說。“金屬部件的列印將變得像在紙上列印一樣普遍。”
在這裡生產的最重的模型，重290噸，產生高達54兆瓦的電力，足夠用於大型工業設施。
在工廠巡視期間，可以看到裝配工人打開SGT 800渦輪機的蓋子以安裝驅動其渦輪機葉片的30個燃氣燃燒器。灰色的亞光灰色燃燒器存儲在支架上，準備安裝。但是，儘管它們的設計複雜，但它們幾乎沒有可見的焊縫。
原因是西門子在使用增材製造工藝。這種技術被稱為添加劑製造，也稱為3D列印，是燃氣輪機生產以及許多其他行業的真正革命。
該技術使得零件可以在按下按鈕時生產，設計只需點擊幾下滑鼠即可更改。此外，以前不可能的設計現在可以成為現實，例如纏繞的中空部件，或具有蜂窩填充物的無縫雙壁結構。
在新的渦輪機中，焊接的燃燒器頭將很快被列印出來。西門子Finspong的增材製造專家團隊的負責人Andreas Graichen說：“3D印表機很快就會生產出這些燃燒器的上半部分。”
一個名為Graichen的焊接工程師自20多年前來到Finspong，但在他的職業生涯中從來沒有經歷過像過去幾個月和幾年一樣的革命性變革。
在Graichen的辦公室旁邊是一個車間，幾個鐳射機將金屬粉末逐層列印成新的燃燒器。由於3D製造，該物體具有由間隙標示的外壁，以及由用於測試替代燃料（主要是氫氣或合成氣）的框架狀結構表徵的內部區域。此前，這些氣體通常在工業過程中作為廢產物產生。雖然工廠操作人員希望使用它們，但是它們不能這樣做，因為氣體必須由燃燒器均勻混合。
然而，現在，由於框架狀結構成為可能，這些結構使新燃燒器能夠為天然氣增加60％的氫氣，這是一個革命性的壯舉。這在以前只有百分之幾的可能性，因為舊的重工業方法，如鑄造和焊接不能產生更高混合物所需的結構。
零件的“新生”
由於其靈活性，3D列印正在擴展到越來越多的領域。
當Finspong的分散式發電服務部門的技術總監Vladimir Navrotsky在2008年開始進行增材製造實驗時，該技術仍然非常昂貴，只能用於創建測試原型。但Navrotsky想使用該技術恢復磨損的零件，最終生產整個元件。
這兩個目標現目前已實現並整合到Finspong工廠的生產過程中。客戶可以要求將最新設計印刷到燃燒器頭上，其結果是效率的顯著提高。
Navrotsky的團隊自2013年以來一直在重新製造使用過的燃燒頭。服務技術人員在燃燒頭運行大約30,000小時後將其從燃氣輪機上拆下，然後送到西門子的Finspong工廠。
在那裡，技術人員移除磨損的燃燒器頭的上部兩釐米，並且簡單地將該層重新印刷到部件上。在不到20小時的時間內就可以3D列印完成，舊的燃燒器與新的一樣好，可以重新安裝。技術人員立即用已經再生的其他零件替換舊燃燒器。
“除了現場翻新的優點之外，再製造部件通常使得工廠操作者能夠實現更高的能量產出。那是因為效率可以提高高達百分之一，”Navrotsky說。
另一個改進是使用新材料用於印刷工藝。事實上，粉末製造商現在可以提供幾乎任何可想像的材料組成，包括能夠在燃燒器尖端承受1500攝氏度溫度的高度耐用的鎳基材料。
雲備用
根據Graichen稱，增材製造打開了一條完全數位化價值鏈的大門。
雖然許多製造步驟已經是數位的，但它們形成孤立的“數位島”。所需要的是這些“島嶼”的自動連結，以創建一個完全數字的價值鏈。
一旦在幾個傳統車間成功實施了數位生產控制過程，就可以在接近客戶的地區進行生產。
客戶和製造商之間的距離將不再是未來完全數位化生產鏈中的障礙。這是因為成品部件的裝運可以由資料的傳輸替換，這可以快速和安全地發送到甚至地球上的最遠點。
“但是，如果沒有這樣的資料，會發生什麼？例如，在幾十年的設施中，既沒有備件也沒有數位設計資料？為了生成該資料，可以對原始部分進行類似於由醫院CAT掃描器創建的3D X射線掃描的資料。然後，所得到的資料集將用於使用添加劑製造來控制新部件的生產。這將使服務部門的全新商業模式成為可能，”Graichen說。
“數位幾何製造資料可能比硬體更有價值，”他說。“金屬部件的列印將變得像在紙上列印一樣普遍。”