3D打印,學名“增材制造”(Additive Manufacturing)。顧名思義,傳統的加工制造方法主要是 “減材制造”(Subtractive Manufacturing),使用傳統減材制造方法時,部件的復雜度直接影響流程的復雜度,復雜的形態會使開模難度加大、使用工具更加復雜、成本大幅上漲。

然而對于3D打印技術來說,由于其獨特的分層成形原理,簡單的形態和復雜的形態幾乎可以一視同仁。只需有3D建模方案、合適的原料和3D增材制造儀器,就可以立刻打印部件;因為甩掉了模具,所以可以用較便宜的價格,制造出傳統模具工廠無法制造出的設計;如果設計后續發生修改,只需修改設計3D建模方案,再次打印;3D打印的零部件出現損壞,甚至可以在破損處直接打印修補。

因此3D打印對工業制造的顛覆性可見一斑。經過三十余年的發展,3D打印早已走出象牙塔并脫離了極客的自娛自樂。打開某寶,搜索“3D打印”,從鑰匙扣到冰淇凌,總有一款能滿足你下一個七夕的備貨需求。

但工業制造真正追求的,應該是所謂的“大音希聲,大象無形”。俠之大者,為國為民,縱有千鈞之力,隱忍而不發。真正值得贊頌千篇的3D打印,還當屬鏗鏘的金屬3D打印。主流的激光燒結技術下,零件在萬千遍的燒結后打印成型,千錘百煉磨成一劍。

3D打印——契合現代工業的精密要求

被譽為“制造業皇冠上明珠”的燃氣輪機到今天已經發展了大半個世紀,想要繼續進步,需要近乎登峰造極的技術能力與想象力。在不斷攀登巔峰的過程中,3D打印技術可謂橫空出世,彌補了傳統制造方法的局限。

舉個例子,燃機界的翹楚——H級燃機,透平初溫1500攝氏度,聯合循環效率高達62.22%,極高的靈活性,超低的排放,人類百年工業文明的巔峰之作,就采拮了3D增材制造的精髓。

GE 9HA燃氣輪機的核心部件之一——燃燒室燃料噴嘴和預混器就使用了3D增材制造工藝,微孔預混技術確保了GE低氮燃燒技術DLN2.6e的有效發揮,再結合眾多同樣尖端的技術,最終成就了法國布尚電廠9HA機組打破吉尼斯世界紀錄的聯合循環效率——62.22%。

“大音希聲,大象無形”,莫過如此。

讀到這里大家不要著急,這么好的東西,我大天朝怎么可能沒有,很快,9HA燃氣輪機將會落戶天津軍糧城。

3D打印究竟能成就多少的改變?我們以GE 9HA燃機中的燃料噴嘴為例(密集恐懼癥患者注意,請快速滑動屏幕)

DLN2.6e 中3D打印制造的先進預混噴嘴(Advanced Premixer):

密集的進氣孔,讓9HA在低氮燃燒技術DLN2.6E中實現了微孔預混和全預混燃燒,保證燃料與空氣以更好的比例混合,實現啟停過程全預混燃燒模式,不存在擴散火焰,滿足超低氮氧化物排放(在最低負荷至30%的工況下僅有25ppm氮氧化物排放),支持燃機快速增減負荷。

3D打印——成就全球最先進燃機

H級燃機體積龐大,GE的9HA燃機有約12米高(大概四層樓),重約400噸(約兩頭藍鯨),在實際使用中,燃機本身還會有諸多“輔機”,以幫助充分回收廢氣余熱等。除了體型龐大,零件眾多,還需“輔機”兼容之外,發電行業還希望燃機24x7不間斷工作,同時符合越發嚴苛的環保法規要求。這一切都需要H級燃機的設計與制造無限趨近完美——燃氣輪機核心部件的精度誤差最多幾十微米。

GE 9HA燃機成為全世界效率最高的燃氣輪機(沒有之一),其幕后功臣之一就是3D增材制造。

具體而言,3D打印技術在關鍵零部件上的充分應用,能夠幫助GE 9HA燃氣輪機的出力較傳統制造方法增加了1%。不要小看這1%。GE在法國布尚電廠的9HA機組可以供給大約68萬個法國家庭的用電需求,也就是說,在原有能耗不變的情況下,這兩個部件將會把光明帶給額外6800個家庭。

如今,法國、俄羅斯、巴基斯坦、日本等多國電廠已經開始部署9HA燃機。今年3月,哈電集團與GE簽署了重型燃機合資協議,重點落實適合中國市場的9F級和9H級燃機的本地化制造;同月,哈電集團還將華電天津軍糧城項目的9HA燃機合同授予了GE。預計到2018年二季度,該9HA機組就將交付,屆時中國的電力用戶也將有機會直接體驗到3D打印技術為尖端發電設備帶來的性能提升。

3D打印——一探究竟

讓我們跟隨流言終結者(Myth Busters)Adam Savage大神的腳步,來到GE在美國南卡羅萊納州Greenville的3D打印工廠,一探燃機部件的3D打印,究竟是怎么一回事。

首先,先把3D打印機艙體打開,放入平板部件

然后,2D激光會進行逐層掃描。經過3000-7000次不等的不斷掃描打印之后,燃機零件就會初具雛形

接下來,零件會進入真空箱,靜置加固的同時,也去除并收集多余粉末

為了保證零件沒有粉末殘留,有時會用錘子擊打零件底部,如果沒有粉末落到下方的白紙上,就證明已大功告成。

最后,零件將會通過電火花線切割的方式,與基座分離。