Форсуночные головки горелок для газовых турбин на 3D принтере от Siemens

• 
• MStyle
• 2020-01-12 19:14:12

1. Технологии 3D печати
2. Область применения

1. Технологии 3D печати
2. 3D принтеры по печати металлами и сплавами
3. 3D печать в различных областях

Аддитивное производство, известное как 3D-печать, используется в серийном производстве уже несколько лет. Это происходит не только из-за изделий, производство которых больше не может быть реализовано с использованием традиционных технологий. Но и из-за того, что новая технология более экономична в некоторых областях. Достигнутый прогресс особенно очевиден в случае деталей, находящихся под высокой нагрузкой, например, в области горячего газа турбин.

Дипломированный физик Мартин Витцш.

3D-принтер создает заготовки слой за слоем на основе шаблона, созданного в САПР. В случае пластмасс это выполняется с помощью подвижного сопла, в то время как для металлов были разработаны такие методы, как SLM (Selective Laser Melting - Селективное Лазерное Спекание). Заготовки из тонкого слоя порошка спекаются в атмосфере защитного газа с помощью лазера. После затвердевания наносится еще один слой порошка, и процесс повторяется до тех пор, пока не будет создана готовая деталь. В последние годы вокруг самого принтера возникла разнообразная инфраструктура: программное обеспечение для проектирования и разработки, инструменты моделирования для процесса печати и программы для управления и контроля принтера. Эта комбинация 3D-принтера и программного обеспечения именуется термином AМ (Additive Manufacturing - Аддитивное Производство), при этом AM и 3D-печать часто используются как синонимы. Несколько лет назад эта технология использовалась почти исключительно для быстрого прототипирования. Благодаря всеобщей цифровизации производственного процесса этот метод производства превращается в ключевую технологию для серийного производства. Это хорошо видно на примере нового поколения высокопроизводительных принтеров для обработки высокосортных сплавов. Они оснащены несколькими лазерами и поэтому могут производить несколько деталей за одну операцию.

Такие компании, как Siemens, также развивают эту технологию. В 2016 году концерн приобрел британскую компанию Materials Solutions, которая специализируется на аддитивном производстве деталей из высокопрочных материалов, в том числе для газовых и авиационных турбин. Новое производственное предприятие было открыто в штаб-квартире компании в Вустере, Великобритания, в декабре 2018 года. Siemens здесь занимается выполнением заказов как для внешних клиентов, так и для собственного подразделения по производству газотурбин.

С 2016 года детали горелок для газовых турбин типа SGT-1000F производятся в аддитивном производстве в промышленных масштабах. Появились также совершенно новые возможности в ремонте отдельных компонентов. Уже в 2013 году наконечники горелок для газовых турбин типа SGT-700 или SGT-800 были отремонтированы с использованием AM в промышленных масштабах. Тепловые и механические нагрузки, особенно на наконечники горелки, требуют регулярного технического обслуживания, при котором большая часть наконечников была заменена. Специалисты по 3D-печати даже пошли еще дальше. Техническое обслуживание еще более упрощается благодаря модифицированному принтеру, который вмещает всю горелку. С кончика горелки отсекается только фактически поврежденная область, а затем снова печатается. Это сокращает время ремонта примерно на 60%.

Еще одно применение технологии находится в поставке запасных частей. Компоненты различных турбин традиционно изготовлялись в процессе литья по выплавляемым моделям. Тем не менее, годовая потребность в запасных частях для этих компонентов довольно низкая и варьируется в широких пределах. Даже небольшие улучшения или изменения потребуют новых форм для литья. Оказалось более экономичным перевести производство на AM. При этом, детали могут быть изготовлены в короткие сроки в любое время. Это обеспечивает высочайшую надежность поставок без дорогостоящего складирования. Другой пример - турбинные лопасти. В 2017 году впервые изготовленные с AM лопасти были успешно использованы при полной нагрузке. Лопасти подвергали ускорению 10 g при температуре 1250 ° С. AM зарекомендовал себя здесь хорошо, не в последнюю очередь благодаря конструктивной свободе, которую предоставляет эта процедура.

Для применения технологий, описанных выше, AM предлагает в первую очередь технические и экономические преимущества. Тем не менее, детали могут быть изготовлены и обычным способом. Но это не возможно с горелкой нового типа, SGT-700, которая производится с использованием SLM с 2017 года. Siemens говорит о том что достигнута точечка не возврата, потому что далее эту деталь более не возможно ни отливать, ни ковать, ни изготавливать с использованием старых методик. Даже с этапами производства, которые могли бы быть выполнены старыми способами, AM демонстрирует превосходство: каждая горелка изготавливается как одно целое; Предыдущая модель производства требовала 13 отдельных деталей и 18 сварочных швов. Были также выполнены улучшения конструкции, которые AM сделал возможным. Запальная подача газа выполнена как часть головки горелки, что делает ненужной внешнюю топливную магистраль. Это обеспечивает более низкую рабочую температуру и, следовательно, способствует более длительному сроку службы деталей. Свобода, которую предлагает AM, только постепенно становится ясной. Охлаждающий канал, который больше не нужно сверлить или фрезеровать, может проходить, извиваясь через всю деталь. Он может даже меняться в поперечном сечении, так как охлаждающая среда при снижении скорости потока в напряженных зонах поглощает больше тепловой энергии. Конструктор может спроектировать и протестировать оптимальную форму в системе CAD. А лазер делает все остальное. Это также относится к другим процессам оптимизации, например, для снижения веса без потери стабильности. В то же время AM ускоряет процесс разработки, потому что расчеты, моделирование и производство прототипов больше не должны следовать друг за другом во времени. Экономичное и гибкое изготовление прототипа означает, что результаты испытаний становятся доступными гораздо быстрее и напрямую включаются в текущую разработку.

Возможности, которые предоставляет AM, далеко не исчерпаны. Более сильные лазеры, новые металлические порошки и более мощное программное обеспечение являются движущей силой разработки. Тот факт, что компактные принтеры могут использоваться во всем мире, также помогает распространению технологии. Улучшенный дизайн, разработанный в Берлине или Орландо, сразу же доступен в любой точке мира, где находится 3D-принтер - идеальный инструмент для Глобальных Игроков (Global Player – в данном случае компании, которые участвуют в международной конкуренции и являются мировыми лидерами в своей отрасли с технологиями, качеством и инновациями).

Мировой рынок аддитивного производства находится на подъеме, а вместе с ним и соответствующие печатные материалы, машины, программное обеспечение и услуги. Аналитики ожидают, что объем рынка вырастет с 9,7 млрд евро в 2017 году до 26 млрд евро в 2021 году. Учитывая преимущества, это вряд ли удивительно. 3D-печать не оставляет геометрические ограничения, которые накладывают обычные станки на детали. Процесс печати позволяет проектировать практически любую сложную структуру. Это означает, что форма детали может быть разработана в соответствии с её функцией. Кроме того, вес снижается без ухудшения стабильности. А поскольку детали оптимизированы из-за оптимизированной конструкции, срок службы увеличивается.

Источник: kem.industrie.de

К статье пока никто не оставил комментариев.

Вы можете стать первым      

Показать ещё