3D-Druck in der Industrie

Bahnbrechender Erfolg

3D-gedruckte Gasturbinen bei Siemens

Durchbruch im 3D-Druck / Breakthrough in 3D printingSiemens stellt seine ersten vollständig mittels AM gefertigte Gasturbinenschaufeln vor, welche auch die Tests unter Volllastbedingungen erfolgreich bestanden haben.

 

Der führende internationale Technologiekonzern entwickelt neuartige, nur mit Hilfe von AM realisierbare Gasturbinendesigns und baut gleichzeitig die Serienfertigung von gedruckten Turbinenteilen weiter aus. Im Februar letzten Jahres eröffnete Siemens eine neue Fertigung für 3D-Druck-Komponenten in Finspang, Schweden und seit Juli 2016 ist die erste mit 3D-Druck hergestellte Komponente für eine große Siemens-Gasturbine erfolgreich im kommerziellen Betrieb.

 

Die Fertigung

Die Turbinenschaufeln wurden in einer industriellen Gasturbine des Typs SGT-400 mit einer Leistung von 13 Megawatt (MW) installiert. Die gedruckten Turbinenschaufeln werden aus einer pulverförmigen, hochtemperaturbeständigen Superlegierung mit polykristallinem Nickel hergestellt.

Gasturbinenschaufeln entstehen durch Additive Manufacturing / Turbine blades produced using Additive Manufacturing

Foto: Siemens

Die Schaufeln widerstehen so dem hohen Druck sowie den enormen Temperaturen und Fliehkräften, die beim Turbinenbetrieb entstehen. Bei Volllast dreht sich jede der Schaufeln mit einer Geschwindigkeit von über 1.600 km/h und trägt dabei die Last von 11 Tonnen, was dem Gewicht eines vollbeladenen Londoner Doppeldeckerbusses entspricht. Außerdem sind die Schaufeln von 1.250 Grad Celsius heißem Gas umgeben und werden mit über 400 Grad Celsius heißer Luft „gekühlt“. Das in Lincoln getestete neue Schaufeldesign bietet verbesserte Kühleigenschaften. Damit kann die Effizienz der Siemens-Gasturbinen weiter gesteigert werden.

Willi Meixner, CEO der Siemens Power and Gas Division:

„Die spannende AM-Technologie verändert die Art und Weise wie wir produzieren. Wir können damit Prototypen bis zu 90 Prozent schneller entwickeln. Siemens ist Vorreiter im Bereich Additive Manufacturing. Wir beschleunigen die Entwicklung neuer Gasturbinen mit höherem Wirkungsgrad und gesteigerter Verfügbarkeit und können unseren Kunden diese Verbesserungen damit schneller liefern. Die neue Flexibilität in der Fertigung erlaubt es uns, näher an den Anforderungen der Kunden zu entwickeln und wir können einzelne Ersatzteile bei Bedarf (on demand) liefern.“

 

Der Test

Extreme Bedingung für die Schaufeln aus dem 3D-Drucker / Extreme conditions for the 3D-printed blades

Foto: Siemens

Siemens überprüfte mehrere mit AM hergestellte Turbinenschaufeln mit konventionellem Schaufeldesign. Die Bauteile wurden dabei 13.000 Umdrehungen in der Minute und Temperaturen von über 1.250 Grad Celsius ausgesetzt. Zusätzlich testete das Unternehmen ein mit AM-Technologie gefertigtes neues Schaufeldesign mit einer komplett überarbeiteten und verbesserten internen Kühlungsgeometrie. Die verwendeten Schaufeln wurden bei Materials Solutions, dem erst kürzlich erworbenen Unternehmen in Worcester, Großbritannien, gefertigt. Materials Solutions ist spezialisiert auf die Fertigung von hochleistungsfähigen Bauteilen für Hochtemperaturanwendungen bei Turbomaschinen bei denen Genauigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und höchste Materialqualität für die Leistungsfähigkeit der Komponenten entscheidend ist. Die Untersuchungen wurden im Siemens-Testcenter für industrielle Gasturbinen in Lincoln, Großbritannien, durchgeführt.

 

Ausblick

Willi Meixner:

„Dies ist ein bahnbrechender Erfolg für den Einsatz von Additive Manufacturing im Bereich der Stromerzeugung, einem der anspruchsvollsten Anwendungsfelder für diese Technologie. Additive Manufacturing ist eine wichtige Säule in unserer Digitalisierungsstrategie. Die erfolgreichen Tests sind das Ergebnis eines engagierten internationalen Projektteams, bestehend aus Siemens-Ingenieuren aus Finspang, Lincoln, und Berlin sowie den Experten von Materials Solutions. Zusammen entwickelten sie in nur 18 Monaten die komplette Prozesskette vom Komponentendesign und der Materialentwicklung für AM bis hin zu neuen Methoden der Qualitätskontrolle sowie der Simulation der Lebensdauer von Komponenten. Mit unserem gemeinsamen Know-how im 3D-Druck werden wir weiterhin die technologische Entwicklung und Anwendung in diesem Feld vorantreiben.“

 

 

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Titelbild: Siemens

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