蒸汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子上都有葉片，可確保熱能轉(zhuǎn)化為電能時(shí)的效率。根據(jù)不同應(yīng)用，汽輪機(jī)的尺寸從緊湊的汽車(chē)大小的裝置到長(zhǎng)達(dá)20米、有70級(jí)、重達(dá)幾百噸的結(jié)構(gòu)。由于應(yīng)用差異很大，蒸汽輪機(jī)通常都是定制的。

近日，德國(guó)Gefertec GmbH公司向外界宣布其線弧增材制造（WAAM）工藝也稱(chēng)為線弧定向能量沉積技術(shù)，已經(jīng)在一家大型汽輪機(jī)制造商中得到了應(yīng)用。Gefertec報(bào)告說(shuō)，可能的配置范圍使得該項(xiàng)目的生產(chǎn)計(jì)劃變得復(fù)雜；保持庫(kù)存的可行性非常有限。

以渦輪葉片為例，用于加工這些葉片的扁平材料來(lái)自中國(guó)：由于供應(yīng)鏈問(wèn)題，交貨時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)月。這與客戶要求縮短交貨期的需求背道而馳。此外，由于葉片是扭曲的，扁平材料的加工量可高達(dá)70%；除了成本高昂外，這種制造方法還會(huì)導(dǎo)致加工時(shí)間延長(zhǎng)和工具磨損。

考慮到上述所有情況，Gefertec的客戶早在2018年就開(kāi)始考慮使用增材制造技術(shù)生產(chǎn) 300-700毫米長(zhǎng)的定子葉片。公司首先考慮的增材制造技術(shù)是粉末床熔融，但初始投資和較慢的制造時(shí)間意味著無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的成本節(jié)約。在排除這項(xiàng)技術(shù)后，客戶開(kāi)始與Gefertec轉(zhuǎn)向線弧增材制造技術(shù)。

渦輪機(jī)制造商選擇的WAAM設(shè)備使用1.2毫米的高合金耐熱鋼絲作為原料。由于這種原料很容易獲得，因此無(wú)需像機(jī)加工那樣需要很長(zhǎng)的準(zhǔn)備時(shí)間。

生產(chǎn)工藝鑒定
在開(kāi)始批量生產(chǎn)之前，合作雙方需要對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行鑒定，由于沒(méi)有現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)，因此需要進(jìn)行大量的基礎(chǔ)工作。在第一批生產(chǎn)中，所有渦輪葉片都經(jīng)過(guò)了CT掃描，以檢測(cè)任何潛在的氣孔。然后進(jìn)行破壞性測(cè)試，測(cè)量硬度和抗彎強(qiáng)度，并進(jìn)行冶金檢查和化學(xué)分析。根據(jù)這些結(jié)果，WAAM設(shè)備的制造參數(shù)不斷得到優(yōu)化。

根據(jù)不同應(yīng)用，渦輪機(jī)的尺寸小大普通家用車(chē)的大小，大到可以長(zhǎng)達(dá)20米

結(jié)果非常穩(wěn)定，足以證明WAAM工藝適合批量生產(chǎn)。由于在鑒定階段采取了這些廣泛的質(zhì)量控制措施，因此客戶只需在生產(chǎn)過(guò)程中偶爾進(jìn)行抽樣檢查，而這正是鑄造部件所采用的方法。

生產(chǎn)1000多個(gè)渦輪葉片
Gefertec表示，現(xiàn)在全面實(shí)施批量生產(chǎn)的好處顯而易見(jiàn)。原來(lái)70%的加工量現(xiàn)在只剩下約 20%。由于減少了材料支出，縮短了銑床加工時(shí)間，客戶的目標(biāo)是節(jié)省大約15%的成本；據(jù)說(shuō)交貨時(shí)間也縮短了75%。在批量生產(chǎn)中，機(jī)床可同時(shí)加工9個(gè)或16個(gè)渦輪葉片。這體現(xiàn)了WAAM設(shè)備能力的最佳利用，同時(shí)也消除了冷卻頂層的空閑時(shí)間。

雖然從最初的概念到鑒定和批量生產(chǎn)的過(guò)程很漫長(zhǎng)，但這家渦輪機(jī)制造商現(xiàn)在完全相信 WAAM可以用于批量生產(chǎn)。這要?dú)w功于設(shè)備提高生產(chǎn)靈活性的能力，尤其是省去了耗時(shí)的原材料采購(gòu)過(guò)程。迄今為止，該設(shè)備已經(jīng)生產(chǎn)了超過(guò)1000個(gè)渦輪葉片。生產(chǎn)采用三班制，全天候運(yùn)行，生產(chǎn)過(guò)程基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

在最新的Gefertec WAAM機(jī)器上可生產(chǎn)最大8立方米和8000公斤的部件

目前，這家蒸汽輪機(jī)制造商正與Gefertec密切合作，進(jìn)一步改進(jìn)機(jī)器。重點(diǎn)領(lǐng)域包括提高自動(dòng)化程度，例如無(wú)需操作員干預(yù)即可全自動(dòng)更換接觸管，增加原位傳感器以保證質(zhì)量。預(yù)計(jì)未來(lái)的研究將探索增材制造帶來(lái)的新設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)，并將其集成到新產(chǎn)品中。

WAAM機(jī)床
Gefertec的3DMP將WAAM、CAM軟件和機(jī)床集成到一個(gè)交鑰匙增材制造解決方案中。它們有三軸和五軸配置，并有多種尺寸可供選擇。最大機(jī)型的制造容積為8立方米，可生產(chǎn)重達(dá)8000公斤的部件。

該公司的所有機(jī)床均采用西門(mén)子控制裝置，與傳統(tǒng)機(jī)床的控制裝置類(lèi)似。專(zhuān)門(mén)的CAM軟件可將CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)控精確定位焊接頭的指令，從而實(shí)現(xiàn)近凈成形部件的自動(dòng)化制造。