使用线弧增材制造工艺，批量生产1000多个涡轮叶片

蒸汽轮机的转子和定子上都有叶片，可确保热能转化为电能时的效率。根据不同应用，汽轮机的尺寸从紧凑的汽车大小的装置到长达20米、有70级、重达几百吨的结构。由于应用差异很大，蒸汽轮机通常都是定制的。

近日，德国Gefertec GmbH公司向外界宣布其线弧增材制造（WAAM）工艺也称为线弧定向能量沉积技术，已经在一家大型汽轮机制造商中得到了应用。Gefertec报告说，可能的配置范围使得该项目的生产计划变得复杂；保持库存的可行性非常有限。

以涡轮叶片为例，用于加工这些叶片的扁平材料来自中国：由于供应链问题，交货时间可能长达数月。这与客户要求缩短交货期的需求背道而驰。此外，由于叶片是扭曲的，扁平材料的加工量可高达70%；除了成本高昂外，这种制造方法还会导致加工时间延长和工具磨损。

考虑到上述所有情况，Gefertec的客户早在2018年就开始考虑使用增材制造技术生产 300-700毫米长的定子叶片。公司首先考虑的增材制造技术是粉末床熔融，但初始投资和较慢的制造时间意味着无法实现预期的成本节约。在排除这项技术后，客户开始与Gefertec转向线弧增材制造技术。

涡轮机制造商选择的WAAM设备使用1.2毫米的高合金耐热钢丝作为原料。由于这种原料很容易获得，因此无需像机加工那样需要很长的准备时间。

生产工艺鉴定
在开始批量生产之前，合作双方需要对生产工艺进行鉴定，由于没有现成的标准，因此需要进行大量的基础工作。在第一批生产中，所有涡轮叶片都经过了CT扫描，以检测任何潜在的气孔。然后进行破坏性测试，测量硬度和抗弯强度，并进行冶金检查和化学分析。根据这些结果，WAAM设备的制造参数不断得到优化。

根据不同应用，涡轮机的尺寸小大普通家用车的大小，大到可以长达20米

结果非常稳定，足以证明WAAM工艺适合批量生产。由于在鉴定阶段采取了这些广泛的质量控制措施，因此客户只需在生产过程中偶尔进行抽样检查，而这正是铸造部件所采用的方法。

生产1000多个涡轮叶片
Gefertec表示，现在全面实施批量生产的好处显而易见。原来70%的加工量现在只剩下约 20%。由于减少了材料支出，缩短了铣床加工时间，客户的目标是节省大约15%的成本；据说交货时间也缩短了75%。在批量生产中，机床可同时加工9个或16个涡轮叶片。这体现了WAAM设备能力的最佳利用，同时也消除了冷却顶层的空闲时间。

虽然从最初的概念到鉴定和批量生产的过程很漫长，但这家涡轮机制造商现在完全相信 WAAM可以用于批量生产。这要归功于设备提高生产灵活性的能力，尤其是省去了耗时的原材料采购过程。迄今为止，该设备已经生产了超过1000个涡轮叶片。生产采用三班制，全天候运行，生产过程基本实现自动化。

在最新的Gefertec WAAM机器上可生产最大8立方米和8000公斤的部件

目前，这家蒸汽轮机制造商正与Gefertec密切合作，进一步改进机器。重点领域包括提高自动化程度，例如无需操作员干预即可全自动更换接触管，增加原位传感器以保证质量。预计未来的研究将探索增材制造带来的新设计机会，并将其集成到新产品中。

WAAM机床
Gefertec的3DMP将WAAM、CAM软件和机床集成到一个交钥匙增材制造解决方案中。它们有三轴和五轴配置，并有多种尺寸可供选择。最大机型的制造容积为8立方米，可生产重达8000公斤的部件。

该公司的所有机床均采用西门子控制装置，与传统机床的控制装置类似。专门的CAM软件可将CAD数据转换成数控精确定位焊接头的指令，从而实现近净成形部件的自动化制造。