3D-printad gasturbinskovel nytt genombrott inom additiv tillverkning

Siemens har nått ett nytt genombrott inom additiv tillverkning (3D-printning). För första gången har gasturbinskovlar blivit printade och testade med framgångsrikt resultat. Skovlarna, som sitter monterade på rotorn inuti gasturbinen, utsätts för de stora belastningar både gällande värme och centrifugalkrafter, vilket ligger på gränsen till vad som är möjligt att 3D-printa med dagens teknik. Projektet har drivits av forsknings- och utvecklingsavdelningen hos Siemens i Finspång tillsammans med experter i flera andra länder.
Resultaten har validerats genom upprepade tester av 3D-printade skovlar, både i konventionell utformning och med helt nykonstruerade geometrier som ger förbättrade kylningsegenskaper. Komponenterna har testats i sin normala miljö inuti en gasturbin, vilket innebär en rotation på 13000 varv per minut och temperaturer över 1250 grader celsius. Skovlarna är tillverkade i två olika material och har blivit printade i Finspång samt i Worcester i England. Själva testerna utfördes i en gasturbin i Siemens provanläggning i Lincoln i England. Projektet har drivits av forsknings- och utvecklingsavdelningen på Siemens i Finspång, i samarbete med experter i flera olika länder.
– Det här är ytterligare ett viktigt genombrott för användningen av additiv tillverkningsteknik inom kraftgenerering, ett område som ställer stora krav på komponenters uthållighet.Testerna är resultatet av ett fokuserat samarbete mellan Siemens projektteam i Finspång, Lincoln, Worcester och Berlin, som på bara 18 månader gick från konstruktionsarbete och materialutveckling till livslängdssimuleringar och avslutande kvalitetskontroller. Med vår gemensamma kunskapsbas inom 3D-printning fortsätter vi att driva utvecklingen och användningen inom detta område, säger Hans Holmström, vd för Siemens Industrial Turbomachinery AB i Finspång.
Skovlarna installerades i en gasturbin från Siemens av typen SGT-400 med en kapacitet på 13 megawatt (MW). De 3D-printade turbinskovlarna tillverkades av ett pulver bestående av en nickelbaserad superlegering för att klara högt tryck, höga temperaturer och höga centrifugalkrafter. Varje skovel rör sig i 13 000 varv per minut, och kraften på varje skovel är 11 ton. Omgivande luft är 1250 °C och kylningstemperaturen ligger på över 400 °C. Den avancerade skovelkonstruktionen som nu har testats i Lincoln erbjuder förbättrade kylningsfunktioner som kan bidra till att öka gasturbinens verkningsgrad. Additiv tillverkning är en process där man via CAD-modeller bygger upp objekt via lager-på-lager-principen. Ett viktigt användningsområde är utvecklingsarbete och protoyptillverkning där ledtiderna kan minskas med upp till 90 procent.
– Siemens är en föregångare inom området. Med den här tekniken kan vi accelerera utvecklingen av nya konstruktioner med förbättrad effektivitet och tillgänglighet som resultat, och fortare få ut dem till våra kunder. Den nya flexibiliteten vad gäller tillverkning ger oss också möjlighet att komma närmare kundernas krav och erbjuda reservdelar on-demand, säger Hans Holmström.
Siemens har en bred kunskap inom materialvetenskap, automation, tillverkning och processer, och har därmed stora möjligheter att vara med i att utforma framtiden för 3D-printningsindustrin. De framgångsrika testerna av avancerade skovelkonstruktioner är ett avgörande steg för att ta tillvara den fulla potentialen inom additiv tillverkning. Siemens använder sedan länge 3D-printning för utveckling, tillverkning och reparationer av gasturbinkomponenter.
I februari 2016 öppnade Siemens sin första verkstad i världen dedikerad för utveckling, serietillverkning och reparation av metallkomponenter via additiv tillverkning till kraftindustrin. Verkstaden är belägen vid gasturbinverksamheten i Finspång. Under 2016 förvärvades även företaget Material Solutions, baserade i Worcester i England.Precis som den nyligen öppnade 3D-verkstaden i Finspång specialiserar sig anläggningen i Worcester på avancerade delar till kraftindustrin med krav på att klara höga temperaturer och där precision, ytstruktur och materialegenskaper är avgörande.
Additiv tillverkning är ett huvudområde inom Siemens digitaliseringsarbete.