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西门子能源:金属3D打印产业化的领导者,已规模生产100项零件

国际金属加工网 2022年02月16日

南极熊导读:从《报告:中国拥有近百台金属3D打印机的工厂将达8家》一文可以看出,金属3D打印的产业化趋势越来越明显。

作为一家为工业应用提供集成软件和自动化解决方案的公司,西门子一直以来都尤为重视增材制造的发展。如今,西门子能源公司被剥离出来,试图打造成为整个能源生产链的领导者。3D打印将发挥很重要的作用。

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△西门子能源公司生产的一批3D打印零件

早在2020年,西门子就已经对公司结构做出调整,其全资子公司——西门子能源作为电力传输和发电领域的领导者在法兰克福证券交易所上市。在强大的材料解决方案加持下,西门子能源除了是世界上先进的、金属、数字增材制造服务的领先供应商外,同时也是3D打印技术最大的采用者之一。

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西门子能源公司如今在全球各地运行着多达90台工业金属3D打印机:其中大部分用于连续制造燃气轮机部件。西门子能源和材料解决方案的增材制造副总裁Markus Seibold负责监督新公司的增材生产项目,他介绍说:"几乎所有在西门子能源公司使用的打印机,包括用于内部生产的打印机和用于在材料解决方案公司提供服务的打印机,都被用于开发技术和生产燃气轮机应用的部件。"

西门子能源公司可能是能源领域最大的3D打印采用者。如果算上所有的增材制造技术,包括LMD,西门子现在可以实现400种材料的生产。对于PBF,也就是3D打印中增长最快的技术,西门子也有超过100个合格的能源行业应用。

这些数字可能会挑战航空航天作为3D打印垂直行业的领先地位。在批量生产的应用方面,到目前为止,只有GE为其GE9X和LEAP发动机开发了大规模的系列化最终零件应用:这些主要集中在Avio Aero公司开发的喷嘴和铝钛合金叶片和其他零件上,最近在航空航天领域没有出现类似规模的增材项目。

增材制造设计(DfAM)

Seibold证实说:"我们现在有数百个集成在SAP系统中的3D打印零件,当它们被订购时,它们会直接被送到3D打印机。我们这样做已经有十多年了,过去习惯于称之为包覆层,如今已然成为系列化的增材制造零件。"

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△西门子用于SGT-700燃气轮机的3D打印燃气燃烧器

西门子能源公司正在成为一个主要用户,致力于推动增材制造的应用。为实现这一目标,Seibold已经实施了三个战略方向。首先是继续投资于了解该技术的潜力,这意味着技术发展和学习如何为3D打印工艺设计。在Seibold的指导下,公司已经建立了一个由30多名工程师组成的团队,他们分布在不同的地方,全身心地投入于实施DfAM。他说:"我们在三年前决定,3D打印部件的唯一获取途径是要来自内部专门设计的人。许多公司都在谈论过渡到3D打印所需的教育和工具,但他们往往不完全了解实施所需的条件。西门子能源公司在DfAM中还专门针对传热工程师和机械工程师设立30个新职位,并从内部选拔30人转岗到3D打印设计。"

西门子能源公司3D打印战略的第二个阶段是让越来越多的DfAM部件能够通过3D打印生产。今天,该公司有100个零件是通过PBF生产的,未来总共有400个合格的零件将通过增材制造进行批量生产。即使是PBF部件也都是批量制造,有些生产数量较少,但有些已经达到了每年几千件的数量,西门子现在的目标是达到1000个以上的合格应用。

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西门子能源公司战略的这一部分侧重于材料解决方案作为一个独立的3D打印服务提供商运作。因此,它是Oerlikon、Morf3D、Sintavia或BEAMIT等其他服务提供商的竞争对手。材料解决方案的收入在外包制造服务和专门为西门子能源应用提供的服务之间平分秋色。

Seibold解释说:"我们认为,有这么多的挑战需要我们去解决,我们应该和其他人一起解决。通过材料解决方案,我们正在学习如何推动创新,同时开发技术和新型创新材料。我们可以在西门子能源和外部客户之间形成伙伴关系,利用材料解决方案来推动技术发展。材料解决方案是创新的催化剂,因为我们相信,要认真发挥3D打印行业的作用,你需要接触到多个外部客户的创新和系列化需求。"

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△西门子于2017年3D打印并验证了第一个燃气轮机叶片

通往”千级“合格3D打印零件的道路

第三个因素,也是为了将3D打印应用的数量扩大到1000个以上的目标,是开始与外部供应链合作,以便能够应对大批量生产。前两个步骤是基于内部能力,在Seibold定义的 "制造"战略中,这第三个方面是基于与外部供应商的合作优化,而这正是诸如可重复性和标准化等问题变得更加紧迫的地方。

他说:"要从制造100个合格零件跨越到超过1000个,我们将需要额外的100台打印机,而我们不会自己投资到100台新增的打印机,至少在短期内不会。对于那些有着独特技术主张的部件,会继续在内部完成生产,毕竟我们也将希望在内部保留一些制造知识产权。但是对于即将到来的大批量部件制造,我们将去找一个外协的增材制造供应商。"

一直以来,许多从事3D打印的公司,包括那些已经内化了多种3D打印工艺的公司,都在尝试为需求实施供应链解决方案,同时这也为增材制造带来了许多新的挑和机会。

Seibold同意这一点:"3D打印是一种独特的技术,可以让你创造出传统方式无法做到的几何形状。但是,当我们把它运用成熟时,将成为另一种制造工艺,你不用再去铸造厂铸造零件,也不再去加工厂加工零件,而是去找3D打印服务供应商来打印零件。一旦有了应用,现有的零部件供应商将越来越多地增加增材制造能力以满足新的需求。因此,这使我们回到了采购层面。我们正在争论是否应该以传统的方式进行采购,即我们向四五家不同的公司咨询以获得价格并选择其中一家。但我们也在考虑以更创新的方式进行,通过实施数字平台商业模式:一个你去汇总零件需求的地方,然后自动将其发送给有产能生产它的人。"

作为偏向于数字化的制造技术,3D打印非常适合这种模式,因为3D打印机的连接性更强,可用的零件数据也比以前多。许多3D打印服务提供商已经创建了网络,将3D打印能力结合到世界各地的实体工厂中,使不同的大型生产服务提供商与需要制造零件的公司联系起来。但是,这真的能实现在许多不同的供应商之间生产相同的、可重复的零件吗?

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△位于沃彻斯特的西门子材料解决方案3D打印工厂

Seibold承认:"今天,3D打印是不可重复的,甚至在同一台机器上,在同一零件上,在同一工作中也是不可重复的。我们没有推动批量生产的应用,技术也不支持它。但这将会得到解决"。

同时,他还指出,增材制造将继续提供独特的机会,作为一种新的、额外的技术,没有既定的遗产,因此没有现成的制造工艺。在未来三年内,增材制造的供应链将自由发展。Seibold总结说:"我们为2025年以后许下了一个新的愿景——那时我们将有应用,我们将有数量,我们将有许多不同的机器。可以肯定的是,这个过程已经在进行了。如今的西门子能源是EOS技术的主要用户,在2008年购买了第一批EOS打印机之一。这项技术目前正在优化,以满足大多数批量生产的需要,而现在正在为特定的应用引入新的技术。随着时间的推移,你在某种基础技术上发展你的工艺和材料数据库。如果你改变了你的机器,或者制造工艺,你很可能要重新验证一些材料数据。我们知道EOS机器如何工作,基于这种设计和理解,对我们的工艺和材料进行了鉴定。同时,我们希望保持工艺的稳定,因为这将增加另一个变量。"

据悉,西门子能源一些为特定应用引进了包括雷尼绍TRUMPF系统在内的一系列新机器。在Materials Solutions,他们现在已经选择了雷尼绍系统,以提高小型零件应用的产能。在柏林,西门子能源现在有一个Trumpf 5000系统,正在测试其工业可靠性和能力。这是一个持续、长期的过程。当他们需要新技术时,无论是新材料、新应用还是更大的建造,都会首先对整个行业内目前所能提供的东西进行评估。如果有适合某个特定的零件系列的机器,他们就在这个平台上开始该零件的工业化。不难看出,西门子能源在增材制造的道路上已经越走越宽,他们这种“不拘一家之言“的包容性,为3D打印的产业化拓宽了新的道路。可以想像,如果没有巨头的推动,3D打印将永远停留在一个”水坑”般的僵局中,而无法汇入制造业的“海洋”发挥其价值创造的潜力。

(南极熊3D打印)

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