Mérföldkő az additív gyártás történetében: nyomtatott turbinalapátok

A 3D nyomtatás egyik legnagyobb előnye a bonyolult geometriák gyártásának lehetősége. Ezt használta ki a Siemens tervezőcsapata is, akik megalkották az első olyan additív gyártással készült turbinalapátokat, amelyek funkcionálisan is képesek kiváltani a hagyományos eljárásokkal készült társaikat.

A teszteket a Siemens Test Center-ben végezték Lincolnban, Nagy Britanniában. A kutatás néhány hónapja alatt a lincolni, a berlini és a svéd tervezők anyagmérnökökkel közösen végeztek kísérleteket, hogy megtalálják a megfelelő anyagösszetételt és technológiát a sorozatgyártáshoz. Tizennyolc hónap alatt a csapat kifejlesztette a teljes folyamatláncot az egyes elemek tervezésétől, az anyagválasztáson át, a minőség-ellenőrzés módjaiig és az élettartam-tesztelésig. Mindemellett egy egészen új kialakítású, belső hűtőcsatornákkal rendelkező geometriát is fejlesztettek, amely csak az additív gyártástechnológiákkal hozható létre. 

turbinalapat_siemens

A Siemens megalkotta az első 100%-ban terhelhető turbinalapátokat, amelyek 3D nyomtatással készülnek.

1600 km/h, akár 11 tonna terhelhetőséggel

“A turbinalapátok additív gyártása hatalmas előrelépés a technológia történetében, mivel az energiatermelésben nagy szükség volt már az ilyen irányú fejlesztésekre,” számol be Willi Meixner, a Siemens Power and Gas divíziójának vezetője. “Az additív gyártás a digitalizálási stratégiánk egyik legfontosabb pillére. A nemzetközi együttműködés eredménye, a Siemens technológusaiból és anyagmérnökeiből álló kutatócsoport által, hatalmas előrelépést jelent.” tette hozzá.

A nyomtatott turbinalapátokat egy 13 Megawattos SGT-400 típusú ipari gázturbinába építették. A működés körülményei indokolták, hogy egy magas hőállóságú, porított polikristályos, nikkelalapú szuper-ötvözetet használjanak, amely képes ellenállni a nagy nyomásnak, az extrém magas hőmérsékletnek és a működés közben fellépő erőknek. “Ez az izgalmas technológia alapjaiban változtatja meg a tervezés folyamatát, mivel a prototípusgyártás időigényét 90%-kal csökkenti.”

A gázturbina lapátoknak extrém körülmények között kell teljesíteniük. A turbinában nagy nyomás uralkodik, hatalmas centrifugális erők ébrednek és magas hőmérséklet teszi próbára az alkatrészeket. A teljes teljesítmény leadásakor a lapátok akár 1600 km/h-val is foroghatnak, ami egy Boeing 737-es repülési sebességének kétszerese, eközben pedig 11 tonnához közelítő terhelést kapnak, ami egy emeletes busz tömegével egyezik meg. A működési környezetben a hőmérséklet ráadásul az 1250 °C-ot is elérheti, ami szintén próbára teszi az berendezés részeit.

Laser

A 3D nyomtatás forradalmasítja a gázturbina lapátok gyártását

Mindeddig a turbinalapátok öntéssel, vagy kovácsolással készültek. Az öntés rendkívül bonyolult eljárást jelent, ami nem csak komoly szaktudást, de rengeteg időt és pénzt is felemészt. A 3D nyomtatás ezt alapjaiban változtathatja meg. A lézernyaláb rétegről rétegre szilárdítja meg az alkatrészt alkotó fémport: mindez addig ismétlődik, amíg el nem készül a teljes modell. Az új gyártástechnológiával persze nem csak az alkatrész gyártási ideje rövidül le: a fejlesztések eredményeként két évről mindössze két hónapra redukálódott a tervezés és a gyártás folyamata által összesen igényelt idő.

“Az izgalmas additív technológiák teljesen megváltoztatják a termelésünket. Sokkal gyorsabban gyárthatunk így prototípusokat,” számol be Meixner. “A Siemens ezzel a kutatással úttörőnek számít a 3D nyomtatás felhasználásában. Jelentősen felgyorsítottuk a gázturbina tervezés folyamatát, ami az ügyfeleink számára is előnyt jelent. Gyorsabban és hatékonyabban tudjuk végrehajtani a fejlesztés egyes lépéseit. Az additív technológiák újfajta rugalmasságot jelentenek a gyártásban, a megrendelőket precízebben tudjuk kiszolgálni és egyedi cserealkatrészeket tudunk biztosítani a vásárlóinknak.

Forrás:Siemens

További információ

A Siemens weboldalán.