【行业动态】西门子采用3D打印技术实现先进燃气轮机涡轮叶片维修和升级

导读：据metal-am网站2月1日报道，总部位于德国慕尼黑的西门子能源公司已经开发了一种增材制造解决方案，不仅可以维修涡轮叶片，还可以升级涡轮叶片。这是一种新型数字维修链技术，通过使用“混合式”激光束粉末床融合增材制造解决方案PBF-LB（Laser Beam Powder Bed Fusion），可以为燃气轮机叶片增加新功能，例如在关键区域实施冷却结构以防止叶尖故障。

蓝光扫描有助于建立数字维修链

据西门子称，SGT5-4000F燃气轮机的一个涡轮叶片承受的能量相当于大约10辆保时捷911的动力。在燃气轮机运行过程中，高温和高速燃气会导致热端部件涡轮叶片的叶尖烧灼，从而导致叶尖间隙扩大，燃机性能出现明显下降。

该过程还会导致一个恶性循环：随着叶尖间隙的形成和扩大，没了涂层保护的叶片材料由于高温燃气的溢出出现更快的损失，进而导致叶片尖端与环段之间的间隙进一步扩大。

PBF-LB增材制造方案应用于现有涡轮叶片时，可以生产具有高精度的内部冷却通道结构。改进的3D打印高分辨率对于在横截面非常有限情况下，布置新的冷却几何结构也非常重要，从而可以更有效地冷却关键区域，防止材料损失。

在高温燃气下运行的叶片具有不同的形状，使得PBF-LB增材制造方案的维修更具挑战性，因此有必要开发新的CAD—CAM链，该数据链可以自动适应PBF-LB增材制造涡轮叶尖形状时完美匹配每个叶片。通过将3D扫描技术与西门子能源团队开发的算法相结合，建立了一条数字修复链，该修复链可以参数化变形几何体。该团队还必须开发PBF-LB增材制造工艺，以生产用于叶尖的极耐氧化材料。

这项技术在现有叶片上的应用仍是增材制造技术的一个尚未开发的边缘领域，也称为混合PBF-LB维修（在西门子称为HybridTech）。HybridTech的开发是欧洲区域发展基金会（ERDF）研究项目“生产技术的变化”的一部分。

第一批叶片已经制造完毕，西门子正在将标准维修程序转换为新工艺，计划将来将该技术与其他组件一起使用——甚至可以升级为全新的燃气轮机设计技术。

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