Az additív gyártás egyik fő ága, a fém 3D-nyomtatás digitális modelleket alkalmaz a fémporok olvasztásának és egymásra rakásának irányítására rétegről rétegre, hogy szilárd alkatrészeket hozzanak létre. Alapműveletei közé tartozik az elektronsugaras olvasztás (EBM) és a szelektív lézerolvasztás (SLM). Az SLM-ben nagy-energiájú lézersugarakat használnak a fémporok olvasztására, ami lehetővé teszi a rétegek-a-összetett szerkezetek réteges felépítését a lézeres letapogatási útvonalak pontos szabályozásával. A Siemens Energy megközelítése alapján az SLM-beépített gázturbinás égő 13 hegesztett alkatrészt egyesít egyetlen egységben, jelentősen meghosszabbítva az alkatrészek élettartamát és megbízhatóságát.
Ennek a technológiának három fő előnye van: először is, az anyag több mint 95%-át használja fel, ami sokkal jobb, mint a szokásos öntési módszereknél használt 60-70%; másodszor, bonyolult formákat hozhat létre, amelyeket hagyományos módszerekkel nehéz elkészíteni, például méhsejtmintákat a motor hengerfejeinek hűtésére; és harmadszor, a tervezés optimalizálásával az alkatrészek 30%-70%-kal könnyebbek lehetnek, miközben továbbra is erősek. Fém 3D-nyomtatással a Siemens Energy kutatásai kimutatták, hogy a hengerfejek tömege 5095 grammról 1755 grammra esett, így 65%-kal csökkent a térfogat, és 40%-kal nőtt a hőleadás hatékonysága.
A Materials Solutions segítségével a Siemens Energy kilencven ipari fém 3D nyomtatóra kiterjedő gyártási rendszert fejlesztett ki. Az SLM technológiával készült gázturbina lapátokat úgy tervezték, hogy a természet utánozva javítsák a bennük lévő légáramlást, ami elősegíti az üzemanyag hatékonyabb elégetését és csökkenti a hűtőlevegő szükségességét. A technológiai újdonság az anyaginnovációban rejlik: nikkel-alapú ötvözetporok létrehozása, amelyek alkalmasak a magas-hőmérsékletű körülményekre, amelyek 650 fokon 100 000 órás élettartamot képesek megőrizni.
A pengevillogók testreszabott gyártását 3D fémnyomtatási technológiával valósították meg, hogy megbirkózzanak a hagyományos pengegyártás kihívásaival, amely a formákra támaszkodik és magas költségekkel jár. A topológiai optimalizálás negyven százalékkal csökkentette a villámhárító tömegét, és megháromszorozta a telepítés hatékonyságát. Ez a technológia 20%-kal csökkentheti a karbantartási költségeket, és jelentősen javíthatja az energiatermelő berendezések teljes élettartama alatti gazdaságosságát-a tengeri szélenergia kontextusában.
A 3D fémnyomtatás megoldotta a mikrocsatornák megmunkálásának kihívást jelentő problémáját, amelyet a mikroturbinás motorok fejlődésének hagyományos módszereivel nehéz elérni. UPéldaként egy 50 mm-es mikroléghűtésű
A három dimenzió tükrözi a fém 3D nyomtatás háromszoros-értékét az energiaszektorban:
A Siemens Energy gyakorlata szerint a berendezések felhasználása 200%-kal nőtt, miközben a 3D nyomtatással készült égőelemek gyártási ciklusa a hagyományos módszerekkel 12 hétről 4 hétre csökkent. A lapátvillogók testreszabott gyártása 60 napról mindössze 7 napra csökkentette a szállítási ciklust a szélenergia-termelési szektorban, így kielégítve a gyors reagálás iránti igényt a piacon.
A DA közvetlen csökkentése a gyártási költségekben a jobb anyagfelhasználás eredménye. Ha például a gázturbina lapátokat használjuk, a hagyományos öntési technikák az anyagok akár 30%-át is pazarolják, míg a 3D nyomtatás csak 5%-os hordozóanyag-veszteséget eredményez. Az energetikai berendezések üzemeltetése és karbantartása területén a 3D nyomtatási technológia 24 órán belül csökkentette a karbantartási reakcióidőt, és 40%-kal csökkentette a pótalkatrészek készletezési költségeit.
A topológiaoptimalizálás 80%-kal növeli a motor hengerfejének hőelvezetési területét, ami 66%-os tömegcsökkenést eredményez. A mikroenergetikai berendezések területén a 3D nyomtatási technológia 0,1 mm-es precíz mikrocsatornák előállítását tette lehetővé, így lehetőséget ad az alapvető alkatrészek, például az üzemanyagcellás bipoláris lemezek innovatív tervezésére.
A nagy technológiai előnyök ellenére a fém 3D nyomtatás energiaszektorban történő alkalmazása még mindig három fő nehézséget okoz.
A jelenlegi fémporok korlátozott felhasználása nagynyomású{0}} alkatrészekben annak tudható be, hogy a kifáradási szilárdságuk 15-20%-kal alacsonyabb, mint a gyártott anyagoké. A haladás kulcsa az olyan új típusú ötvözetek kifejlesztése, mint például a lézeradalékos gyártással készült speciális titánötvözetek, amelyek 900 MPa vagy annál nagyobb folyáshatárt tudnak elérni.
A folyamatoptimalizálásnak még le kell küzdenie a termikus deformáció okozta méreteltérést. A multi-fizikai szimulációs technológia segítségével a Siemens Energy ± 0,05 mm-es pontossággal kezeli a hengerfejek méretpontosságát, ami 50%-kal pontosabb, mint amit a hagyományos módszerek lehetővé tesznek.
Az energetikai berendezések 3D{1}}nyomtatott alkatrészeire nincs ipari tanúsítvány. EEA folyamatszabványok átfogó rendszerének létrehozása, amely anyagokat, eljárásokat és vizsgálatokat foglal magában, a jelenlegi áttörés része. A fém 3D{5}}nyomtatott alkatrészek esetében például a német VDI 3405 szabvány szabványosította a kifáradási teljesítmény vizsgálati eljárásait.
https://www.kína-3dprinting.com/metal-3d-printing/3d-printing-titanium-alloy-parts-in-medical.html