Lisäainevalmistuksen ydinala, metallin 3D-tulostus käyttää digitaalisia malleja, jotka ohjaavat metallijauheiden sulamista ja pinoamista kerros kerrokselta kiinteiden komponenttien luomiseksi. Sen perustoimintoja ovat elektronisuihkusulatus (EBM) ja selektiivinen lasersulatus (SLM). SLM:ssä korkean{3}}energisiä lasersäteitä käytetään metallijauheiden sulattamiseen, mikä mahdollistaa monimutkaisten rakenteiden kerroksen-rakentamisen-kerrosrakentamisen avulla laserskannausreittien tarkan ohjauksen avulla. Siemens Energyn lähestymistapaan perustuva SLM{7}}kaasuturbiinipoltin yhdistää 13 hitsattua komponenttia yhdeksi yksiköksi, mikä pidentää huomattavasti komponenttien käyttöikää ja luotettavuutta.
Tällä tekniikalla on kolme keskeistä etua: Ensinnäkin se käyttää yli 95 % materiaalista, mikä on paljon parempi kuin tavallisissa valumenetelmissä käytetty 60–70 %; toiseksi se voi luoda monimutkaisia muotoja, joita on vaikea tehdä perinteisillä menetelmillä, kuten hunajakennokuvioita moottorin sylinterinkansien jäähdyttämiseksi; ja kolmanneksi suunnittelua optimoimalla osista voidaan tehdä 30–70 % kevyempiä, mutta silti vahvoja. Siemens Energyn tutkimus on osoittanut metallin 3D-tulostuksen avulla, että sylinterinkansien paino putosi 5095 grammasta 1755 grammaan, mikä pienensi tilavuutta 65 % ja paransi lämmönpoistotehokkuutta 40 %.
Siemens Energy on kehittänyt Materials Solutionsin avulla valmistusjärjestelmän, joka kattaa yhdeksänkymmentä teollisuusmetallista 3D-tulostinta. SLM-teknologian avulla valmistetut kaasuturbiinien siivet on suunniteltu parantamaan sisällään olevaa ilmavirtausta matkimalla luontoa, mikä auttaa polttamaan polttoainetta tehokkaammin ja vähentämään jäähdytysilman tarvetta. Teknologinen uutuus piilee materiaaliinnovaatiossa: nikkeli-pohjaisten seosjauheiden luominen, jotka sopivat korkeisiin-lämpötiloihin ja voivat säilyttää 100 000 tunnin käyttöiän 650 asteessa.
Terävilkkujen räätälöity valmistus on saavutettu 3D-metallitulostustekniikalla, jotta voidaan vastata perinteisen, muoteihin perustuvan ja korkeita kustannuksia aiheuttavan terätuotannon haasteisiin. Topologinen optimointisuunnittelu on vähentänyt ukkossuojan painoa 40 prosenttia ja kolminkertaistanut asennuksen tehokkuuden. Tämä tekniikka voi alentaa ylläpitokustannuksia 20 % ja parantaa merkittävästi sähköntuotantolaitteiden -elinaikaista taloudellisuutta offshore-tuulivoiman yhteydessä.
3D-metallitulostus on ratkaissut haasteellisen mikrokanavien koneistuksen ongelman, jota on vaikea saavuttaa perinteisillä menetelmillä mikroturbiinimoottorien kehityksessä. UEsimerkiksi 50 mm:n mikroilma-jäähdytetyssä turbiinissa 3D-tulostuksella tuotetun jäähdytyskanavan seinämän paksuus on vain 0,3 mm, mikä parantaa jäähdytystehoa 50 % ja tehotiheyttä on kolme kertaa suurempi kuin perinteisissä malleissa.
Kolme ulottuvuutta kuvastavat metallin 3D-tulostuksen kolminkertaista{0}}käyttöarvoa energia-alalla:
ASiemens Energyn käytäntöjen mukaan laitteiden käyttö on kasvanut 200 %, kun taas 3D-tulostuksella valmistettujen poltinkomponenttien tuotantosykli on lyhentynyt 12 viikosta tavanomaisilla menetelmillä 4 viikkoon. Räätälöity terävilkkujen tuotanto on lyhentänyt toimitusjaksoa 60 päivästä vain 7 päivään tuulivoiman tuotantosektorilla, mikä vastaa markkinoiden nopeiden vastausten kysyntään.
DA:n suora tuotantokustannusten aleneminen johtuu materiaalien paremmasta käytöstä. Kun käytetään esimerkiksi kaasuturbiinin siivet, perinteiset valutekniikat hukkaavat jopa 30 % materiaaleista, kun taas 3D-tulostus johtaa vain 5 % tukimateriaalien häviöön. Energialaitteiden käytön ja huollon alalla 3D-tulostustekniikka on lyhentänyt huollon vasteaikoja 24 tuntiin ja alentanut varaosien varastokustannuksia 40 %.
Topologian optimointi lisää moottorin sylinterinkannen lämmönpoistoaluetta 80 %, mikä vähentää painoa 66 %. Mikroenergialaitteiden alalla 3D-tulostusteknologialla on saavutettu tarkka mikrokanavien valmistus 0,1 mm:n tasolla, mikä tarjoaa mahdollisuuksia olennaisten komponenttien, kuten polttokennojen bipolaaristen levyjen, innovatiiviseen suunnitteluun.
Suurista teknologisista eduista huolimatta metallin 3D-tulostuksen käyttö energia-alalla on edelleen kolme päävaikeutta.
Nykyisten metallijauheiden rajoitettu käyttö korkeapaineisissa{0}}komponenteissa johtuu niiden väsymislujuudesta, joka on 15–20 % pienempi kuin valmistettujen materiaalien. Edistyksen avain on uudentyyppisten metalliseosten, kuten laserlisäainevalmistuksen avulla valmistettujen erikoistitaaniseosten, kehittäminen, joiden myötölujuus on 900 MPa tai enemmän.
Prosessin optimoinnin on vielä voitettava lämpömuodonmuutoksen aiheuttama mittapoikkeama. Siemens Energy hallitsee sylinterinkansien mittatarkkuuden ± 0,05 mm:n tarkkuudella, mikä on 50 % tarkempi kuin tavanomaiset menetelmät.
Energialaitteiden 3D{1}}painetuille komponenteille ei ole alan sertifiointia. EEKattavan prosessistandardijärjestelmän luominen, joka sisältää materiaalit, menettelyt ja testauksen, on osa nykyistä läpimurtopolkua. Esimerkiksi metallisten 3D{5}}-tulostettujen komponenttien osalta saksalainen VDI 3405 -standardi on standardoinut väsymissuorituskyvyn testausmenettelyt.