西門子瑞典3D打印工廠正在取得新工業(yè)革命道路上的進展
發(fā)布時間：
2023-01-11 12:43
在剛剛過去的TCT深圳展會高峰論壇上，3D科學谷創(chuàng)始人王曉燕特別指出，正向設計與3D打印優(yōu)勢的結合、人工智能與工藝開發(fā)的結合、數(shù)字孿生與生產控制的結合是推動3D打印產業(yè)化的“三駕馬車。有了正向設計在價值創(chuàng)造的源頭賦能，有了3D打印進入離散化制造所需要的端到端的解決方案的“基礎設施”，有了數(shù)字孿生、過程中控制等一系列的仿真與機器學習工具，3D打印才能進入到發(fā)展的良性上升軌道，插上騰飛的翅膀。
那么對于已經踏上新工業(yè)革命3D打印產業(yè)化道路上的西門子來說，情況如何呢?西門子如何實現(xiàn)產品質量的有效控制與一致性?本期，3D科學谷與谷友共同來進一步領略西門子在新工業(yè)革命方面有關數(shù)字化的努力與進展。
來源：西門子
交貨時間最多減少90%的新工業(yè)革命
2016年2月，西門子投資2000多萬歐元，將瑞典芬斯蓬一處遷出的學校改造成了西門子工業(yè)型燃氣輪機3D打印研發(fā)基地和工廠。西門子瑞典芬斯蓬工廠通過3D打印-增材制造用于燃氣輪機的研發(fā)、維修和生產。
芬斯蓬工廠目前采用3D打印制造的燃氣輪機零件，集中在燃燒室部分。SGT-800燃燒室前端。在傳統(tǒng)生產過程中，這個部位由13個部件和18個焊接點組成，而3D打印技術將其作為整體打印，生產時間由數(shù)月縮短到一兩周。
以往通過鑄造工藝制造的燃燒器由幾個拆分的部件焊接而成，通過這種燃燒器僅可在空氣中混入幾個百分點的氫氣。選擇性激光熔化3D打印技術則為燃燒器的設計優(yōu)化提供了更廣闊的空間，經過優(yōu)化后的燃燒器擁有一個外壁和一個框架結構的內壁, 這個復雜的雙壁結構零部件最終通過金屬3D打印設備一次性完成制造，不需要將幾個單獨的部件焊接在一起。
長期以來，增材制造僅用于生產原型。今天，情況已經完全不同了。經過數(shù)項重大的數(shù)字化計劃之后，西門子芬斯蓬工廠成為瑞典第一個專注于工業(yè)增材制造的車間。如今，西門子工業(yè)渦輪機械公司已成為金屬部件增材制造領域的全球領導者。
3D打印的每一層金屬厚度大約在0.02mm到0.04mm之間，根據(jù)過程監(jiān)測中獲取的數(shù)據(jù)，算法可以檢測每一層出現(xiàn)的漏洞，然后實現(xiàn)自我修正，從而經濟高效地批量生產高度復雜的組件。
交貨時間最多可減少90%，隨著對生產控制能力的增強，西門子可以更加輕松的對產品進行定制和簡化，同時減少制造和維修時間。開發(fā)過程可以從幾年縮短到幾個月甚至幾周。
不過，西門子在新生產開始時出現(xiàn)問題并不少見，這些問題如果依靠人手工來解決無疑是繁雜且痛苦的，西門子通過算法來檢測過程中出現(xiàn)的錯誤，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤，機器可以立即糾正或者停止打印工作，從而避免了不合格零件產生的大量浪費。
除了過程控制，制造過程中使用許多不同的程序和軟件，因此需要MES制造執(zhí)行系統(tǒng)。有了MES系統(tǒng)，可以主要避免兩方面繁雜的人工工作，一是在建模與仿真過程中，不同軟件之間的調用，而是形成軟件間的無縫銜接。二是任務執(zhí)行過程中的計劃與安排避免繁瑣的人工計算，而是通過MES系統(tǒng)實現(xiàn)自動化任務安排與跟蹤。
總體來說，3D打印是帶來下一代工業(yè)革命的主要驅動因素，主要的原因是增材制造帶來小批量生產的經濟性和靈活性，個性化定制的可能性，以及復雜零件生產的可行性。不僅僅改變了對原來產品設計的印象，還帶來了供應鏈的改變，縮短了產品上市時間，并且對環(huán)境更友好。
3D打印在燃氣輪機這樣的精密設備領域可發(fā)揮的空間十分充足，從合金的結晶控制，到零件的精密性和復雜性實現(xiàn)，3D打印不僅僅推動了工業(yè)再設計，還在生產和修復過程中節(jié)約了生產資源，并通過提高最終產品的性能，帶來更大的發(fā)電效益發(fā)揮出了四兩撥千斤的價值。
在3D科學谷看來，增材制造工廠中的數(shù)據(jù)與算法就像人體的神經，在與大腦連接溝通，形成有效的思考與行動能力。而拉動3D打印實現(xiàn)產業(yè)化的三架馬車：正向設計與3D打印優(yōu)勢的結合、人工智能與工藝開發(fā)的結合、數(shù)字孿生與生產控制的結合，將合力推動增材制造獲得蓬勃發(fā)展。(來源：3D科學谷)
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