2021 年，全球3D打印市場價值超過130億美元，預(yù)計(jì)2022年至2030年期間的復(fù)合年增長率將達(dá)到20.8%。到目前為止，3D打印技術(shù)的最大用途之一是醫(yī)療領(lǐng)域。但隨著市場的迅速擴(kuò)大，其他行業(yè)正在研究如何使用3D打印技術(shù)獲得更大的價值。
跨入能源領(lǐng)域
美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 (NREL) 的研究人員開發(fā)了一種制造風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的新方法，可提高其性能和報廢回收率。該團(tuán)隊(duì)不是用普通的熱固性樹脂制造刀片，而是設(shè)計(jì)了一種獨(dú)特的設(shè)置，使用熱塑性塑料進(jìn)行 3D 打印，隨后可以加熱以恢復(fù)其原始聚合物以供重復(fù)使用。將他們的方法付諸實(shí)踐，工程師們已經(jīng)設(shè)法制造了一個 13 米長的原型，并且在未來，他們相信這個過程可以為制造商帶來成本和速度的收益。
2021年10月18日，工業(yè)3D打印機(jī)制造商Optomec已將一套價值100萬美元的LENS定向能量沉積（DED）系統(tǒng)出售給一個長期的航空客戶。雖然該客戶沒有透露姓名，但外界認(rèn)為它購買該系統(tǒng)是出于優(yōu)化渦輪機(jī)的生產(chǎn)成本和飛行準(zhǔn)備的目的，提高其在飛機(jī)維護(hù)、修理和大修（MRO）市場的地位。
從近年來技術(shù)發(fā)展的趨勢明顯可見，金屬增材制造正在部分替代精密鑄造技術(shù)，成為制造復(fù)雜零部件的新方式。以賽車渦輪增壓器為例，該部件要求更復(fù)雜的幾何形狀、幾何特征和材質(zhì)，熔模鑄造是以前唯一可用的方法。而基于選區(qū)激光熔化的3D打印技術(shù)為復(fù)雜渦輪增壓器的設(shè)計(jì)與制造帶來了全新的方式。本期，將分享的應(yīng)用案例是一種3D打印高溫合金雙壁渦輪增壓器，其設(shè)計(jì)采用了雙壁結(jié)構(gòu)，而這種復(fù)雜設(shè)計(jì)是無法通過傳統(tǒng)工藝加工出來的。GF 加工方案通過軟件、金屬3D打印和后處理設(shè)備，以及專利設(shè)計(jì)的System 3R夾具這三股平行工作流程，為復(fù)雜雙壁渦輪增壓器提供了從設(shè)計(jì)到成品交付的完整增材制造解決方案。
加拿大麥吉爾大學(xué)和瑞爾森大學(xué)的工程師已成功將破壞環(huán)境的風(fēng)力渦輪機(jī)廢料轉(zhuǎn)化為堅(jiān)固的新型 PLA 3D 打印材料。使用機(jī)械研磨和熱解的混合物，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)能夠?qū)F(xiàn)已報廢的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片回收成細(xì)纖維粉末。在總結(jié)測試中，葉片的殘余物不僅顯示出比原始玻璃纖維更高的強(qiáng)度和剛度，而且一旦與 PLA 集成，它們就證明能夠產(chǎn)生堅(jiān)固的纖維增強(qiáng) 3D 打印部件。
能源技術(shù)公司Siemens Energy開發(fā)了一種新穎的數(shù)字維修鏈，可以在傳統(tǒng)制造的燃?xì)廨啓C(jī)葉片上進(jìn)行3D打印新功能。有趣的是，全自動鏈條采用了專門開發(fā)的激光粉末床熔合工藝HybridTech，而不是基于DED的3D打印技術(shù)，這通常是MRO應(yīng)用的首選。除了僅維修渦輪機(jī)葉片外，該鏈條還旨在提供升級服務(wù)，特別是通過在葉片尖端安裝復(fù)雜的冷卻通道來減少裂紋和缺陷的風(fēng)險。
3D打印一體化結(jié)構(gòu)是一種具有代表性的為增材制造而設(shè)計(jì)（Design for additive manufacturing，DfAM）的結(jié)構(gòu)。以增材制造的思維去設(shè)計(jì)時，需要突破以往通過鑄造、壓鑄、機(jī)械加工制造所帶來的思維限制，這個過程是充滿挑戰(zhàn)的。
Optomec是增材制造維修解決方案的領(lǐng)先提供商，已從美國空軍贏得了一份價值100萬美元的合同，以生產(chǎn)用于翻新渦輪發(fā)動機(jī)組件的系統(tǒng)。該平臺旨在用作在Tinker空軍基地（美國奧克拉荷馬市）安裝的大批量添加劑維修平臺，預(yù)計(jì)每年可處理成千上萬個零件。
本期，分享的是一個粉末床選區(qū)激光熔化3D打印技術(shù)在動力裝備制造中的案例。應(yīng)用對象是一種增材制造微型渦輪機(jī)，這一應(yīng)用體現(xiàn)了粉末床技術(shù)成就復(fù)雜產(chǎn)品的優(yōu)勢，產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)緊扣這一優(yōu)勢，提出了創(chuàng)新性的微型渦輪機(jī)設(shè)計(jì)方案。
