西門子能源：金屬3D打印產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)導(dǎo)者

導(dǎo)讀：作為一家為工業(yè)應(yīng)用提供集成軟件和自動(dòng)化解決方案的公司,，西門子一直以來都尤為重視增材制造的發(fā)展,。如今,，西門子能源公司被剝離出來,，試圖打造成為整個(gè)能源生產(chǎn)鏈的領(lǐng)導(dǎo)者,。3D打印將發(fā)揮很重要的作用。

早在2020年,，西門子就已經(jīng)對(duì)公司結(jié)構(gòu)做出調(diào)整,，其全資子公司——西門子能源作為電力傳輸和發(fā)電領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者在法蘭克福證券交易所上市。在強(qiáng)大的材料解決方案加持下,，西門子能源除了是世界上先進(jìn)的,、金屬、數(shù)字增材制造服務(wù)的領(lǐng)先供應(yīng)商外,，同時(shí)也是3D打印技術(shù)最大的采用者之一,。

西門子能源公司如今在全球各地運(yùn)行著多達(dá)90臺(tái)工業(yè)金屬3D打印機(jī)：其中大部分用于連續(xù)制造燃?xì)廨啓C(jī)部件。西門子能源和材料解決方案的增材制造副總裁Markus Seibold負(fù)責(zé)監(jiān)督新公司的增材生產(chǎn)項(xiàng)目,，他介紹說："西門子能源公司是承擔(dān)增材制造軟件業(yè)務(wù)的股份子公司,。除此之外，我們現(xiàn)在還有部件制造業(yè)務(wù),，其中包括材料解決方案,。幾乎所有西門子能源公司使用的打印機(jī)，包括用于內(nèi)部生產(chǎn)的打印機(jī)和用于在材料解決方案公司提供服務(wù)的打印機(jī),，都被用于開發(fā)技術(shù)和生產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用的部件,。"

西門子能源公司今天可能是能源領(lǐng)域最大的3D打印采用者，為能源領(lǐng)域作出貢獻(xiàn),。如果算上所有的增材制造技術(shù),，包括LMD，西門子現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)400種材料母體的生產(chǎn),。對(duì)于PBF,，也就是3D打印中增長最快的技術(shù)，西門子也有超過100個(gè)合格的能源行業(yè)應(yīng)用,。

這些數(shù)字可能會(huì)挑戰(zhàn)航空航天作為3D打印垂直行業(yè)的領(lǐng)先地位,。在批量生產(chǎn)的應(yīng)用方面，到目前為止,，只有GE為其GE9X和LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)了大規(guī)模的系列化最終零件應(yīng)用：這些主要集中在Avio Aero公司開發(fā)的噴嘴和鋁鈦合金葉片和其他零件上,，最近在航空航天領(lǐng)域沒有出現(xiàn)類似規(guī)模的增材項(xiàng)目。

增材制造設(shè)計(jì)（DfAM）

Seibold證實(shí)說："我們現(xiàn)在有數(shù)百個(gè)集成在SAP系統(tǒng)中的3D打印零件,，當(dāng)它們被訂購時(shí),，它們會(huì)直接被送到3D打印機(jī)。我們這樣做已經(jīng)有十多年了,，過去習(xí)慣于稱之為包覆層,，如今已然成為系列化的增材制造零件。"

△西門子用于SGT-700燃?xì)廨啓C(jī)的3D打印燃?xì)馊紵��?/div>

西門子能源公司正在成為一個(gè)主要用戶,，致力于推動(dòng)增材制造的應(yīng)用,。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),，Seibold已經(jīng)實(shí)施了三個(gè)戰(zhàn)略方向。首先是繼續(xù)投資于了解該技術(shù)的潛力,，這意味著技術(shù)發(fā)展和學(xué)習(xí)如何為3D打印工藝設(shè)計(jì),。在Seibold的指導(dǎo)下，公司已經(jīng)建立了一個(gè)由30多名工程師組成的團(tuán)隊(duì),，他們分布在不同的地方,，全身心地投入于實(shí)施DfAM。他說："我們?cè)谌�年前決定,，3D打印部件的唯一獲取途徑是要來自內(nèi)部專門設(shè)計(jì)的人,。許多公司都在談?wù)撨^渡到3D打印所需的教育和工具，但他們往往不完全了解實(shí)施所需的條件,。西門子能源公司在DfAM中還專門針對(duì)傳熱工程師和機(jī)械工程師設(shè)立30個(gè)新職位,，并從內(nèi)部選拔30人轉(zhuǎn)崗到3D打印設(shè)計(jì)。"

西門子能源公司3D打印戰(zhàn)略的第二個(gè)要素是讓越來越多的DfAM部件能夠通過3D打印生產(chǎn),。今天,，該公司有100個(gè)零件是通過PBF生產(chǎn)的，總共有400個(gè)合格的零件將通過增材制造進(jìn)行批量生產(chǎn),。即使是PBF部件也都是批量制造,，有些生產(chǎn)數(shù)量較少，但有些已經(jīng)達(dá)到了每年幾千件的數(shù)量,，西門子現(xiàn)在的目標(biāo)是達(dá)到1000個(gè)以上的合格應(yīng)用,。

西門子能源公司戰(zhàn)略的這一部分側(cè)重于材料解決方案作為一個(gè)獨(dú)立的3D打印服務(wù)提供商運(yùn)作。因此,，它是Oerlikon,、Morf3D、Sintavia或BEAMIT等其他服務(wù)提供商的競爭對(duì)手,。材料解決方案的收入在外包制造服務(wù)和專門為西門子能源應(yīng)用提供的服務(wù)之間平分秋色,。

Seibold解釋說："我們認(rèn)為，有這么多的挑戰(zhàn)需要我們?nèi)ソ鉀Q,，我們應(yīng)該和其他人一起解決,。通過材料解決方案,，我們正在學(xué)習(xí)如何推動(dòng)創(chuàng)新,，同時(shí)開發(fā)技術(shù)和新型創(chuàng)新材料。我們可以在西門子能源和外部客戶之間形成伙伴關(guān)系,，利用材料解決方案來推動(dòng)技術(shù)發(fā)展,。材料解決方案是創(chuàng)新的催化劑，因?yàn)槲覀兿嘈�,，要認(rèn)真發(fā)揮3D打印行業(yè)的作用,，你需要接觸到多個(gè)外部客戶的創(chuàng)新和系列化需求,。"

△西門子于2017年3D打印并驗(yàn)證了第一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)葉片

通往”千級(jí)“合格3D打印零件的道路

第三個(gè)因素，也是為了將3D打印應(yīng)用的數(shù)量擴(kuò)大到1000個(gè)以上的目標(biāo),，是開始與外部供應(yīng)鏈合作,，以便能夠應(yīng)對(duì)大批量生產(chǎn)。前兩個(gè)步驟是基于內(nèi)部能力,，在Seibold定義的 "制造"戰(zhàn)略中,，這第三個(gè)方面是基于與外部供應(yīng)商的合作優(yōu)化，而這正是諸如可重復(fù)性和標(biāo)準(zhǔn)化等問題變得更加緊迫的地方,。

他說："要從制造100個(gè)合格零件跨越到超過1000個(gè),，我們將需要額外的100臺(tái)打印機(jī)，而我們不會(huì)自己投資到100臺(tái)額外的打印機(jī),，至少在短期內(nèi)不會(huì),。對(duì)于那些有著獨(dú)特技術(shù)主張的部件，會(huì)繼續(xù)在內(nèi)部完成生產(chǎn),，畢竟我們也將希望在內(nèi)部保留一些制造知識(shí)產(chǎn)權(quán),。但是對(duì)于即將到來的大批量部件制造，我們將去找一個(gè)外協(xié)的增材制造供應(yīng)商,。"

△西門子能源公司生產(chǎn)的一批系列3D打印零件,。

一直以來，許多從事3D打印的公司,，包括那些已經(jīng)內(nèi)化了多種3D打印工藝的公司,，都在嘗試為需求實(shí)施供應(yīng)鏈解決方案，同時(shí)這也為增材制造帶來了許多新的挑和機(jī)會(huì),。

Seibold同意這一點(diǎn)："3D打印是一種獨(dú)特的技術(shù),，可以讓你創(chuàng)造出傳統(tǒng)方式無法做到的幾何形狀。但是,，當(dāng)我們把它運(yùn)用成熟時(shí),，將成為另一種制造工藝，你不用再去鑄造廠鑄造零件,，也不再去加工廠加工零件,，而是去找3D打印服務(wù)供應(yīng)商來打印零件。一旦有了應(yīng)用,，現(xiàn)有的零部件供應(yīng)商將越來越多地增加增材制造能力以滿足新的需求,。因此，這使我們回到了采購層面,。我們正在爭論是否應(yīng)該以傳統(tǒng)的方式進(jìn)行采購,，即我們向四五家不同的公司咨詢以獲得價(jià)格并選擇其中一家。但我們也在考慮以更創(chuàng)新的方式進(jìn)行,，通過實(shí)施數(shù)字平臺(tái)商業(yè)模式：一個(gè)你去匯總零件需求的地方,，然后自動(dòng)將其發(fā)送給有空間生產(chǎn)它的人,。"

作為偏向于數(shù)字化的制造技術(shù)，3D打印非常適合這種模式,，因?yàn)?D打印機(jī)的連接性更強(qiáng),，可用的零件數(shù)據(jù)也比以前多。許多3D打印服務(wù)提供商已經(jīng)創(chuàng)建了網(wǎng)絡(luò),，將3D打印能力結(jié)合到世界各地的實(shí)體工廠中,，使不同的大型生產(chǎn)服務(wù)提供商與需要制造零件的公司聯(lián)系起來。但是,，這真的能實(shí)現(xiàn)在許多不同的供應(yīng)商之間生產(chǎn)相同的,、可重復(fù)的零件嗎？

△位于沃徹斯特的西門子材料解決方案3D打印工廠

Seibold承認(rèn)："今天,，3D打印是不可重復(fù)的,，甚至在同一臺(tái)機(jī)器上，在同一零件上,，在同一工作中也是不可重復(fù)的,。我們沒有推動(dòng)批量生產(chǎn)的應(yīng)用，技術(shù)也不支持它,。但這將會(huì)得到解決",。

同時(shí)，他還指出,，增材制造將繼續(xù)提供獨(dú)特的機(jī)會(huì),，作為一種新的、額外的技術(shù),，沒有既定的遺產(chǎn),，因此沒有現(xiàn)成的制造工藝。在未來三年內(nèi),，增材制造的供應(yīng)鏈將自由發(fā)展,。Seibold總結(jié)說："我們?yōu)?025年以后許下了一個(gè)新的愿景——那時(shí)我們將有應(yīng)用，我們將有數(shù)量,，我們將有許多不同的機(jī)器,。可以肯定的是,，這個(gè)過程已經(jīng)在進(jìn)行了,。如今的西門子能源是EOS技術(shù)的主要用戶，在2008年購買了第一批EOS打印機(jī)之一,。這項(xiàng)技術(shù)目前正在優(yōu)化,，以滿足大多數(shù)批量生產(chǎn)的需要,，而現(xiàn)在正在為特定的應(yīng)用引入新的技術(shù),。隨著時(shí)間的推移,，你在某種基礎(chǔ)技術(shù)上發(fā)展你的工藝和材料數(shù)據(jù)庫。如果你改變了你的機(jī)器,，或者制造工藝,，你很可能要重新驗(yàn)證一些材料數(shù)據(jù)。我們知道EOS機(jī)器如何工作,，基于這種設(shè)計(jì)和理解,，對(duì)我們的工藝和材料進(jìn)行了鑒定。同時(shí),，我們希望保持工藝的穩(wěn)定,，因?yàn)檫@將增加另一個(gè)變量。"

據(jù)悉,，西門子能源一些為特定應(yīng)用引進(jìn)了包括雷尼紹和Trumpf系統(tǒng)在內(nèi)的一系列新機(jī)器,。在Materials Solutions，他們現(xiàn)在已經(jīng)選擇了雷尼紹系統(tǒng),，以提高小型零件應(yīng)用的高產(chǎn)能,。在柏林，西門子能源現(xiàn)在有一個(gè)Trumpf 5000系統(tǒng),，正在測試其工業(yè)可靠性和能力,。這是一個(gè)持續(xù)、長期的過程,。當(dāng)他們需要新技術(shù)時(shí),，無論是新材料、新應(yīng)用還是更大的建造,，都會(huì)首先對(duì)整個(gè)行業(yè)內(nèi)目前所能提供的東西進(jìn)行評(píng)估,。如果有適合某個(gè)特定的零件系列的機(jī)器，他們就在這個(gè)平臺(tái)上開始該零件的工業(yè)化,。不難看出,，西門子能源在增材制造的道路上已經(jīng)越走越寬，他們這種“不拘一家之言“的包容性,，為3D打印的產(chǎn)業(yè)化拓寬了新的道路,。可以想像,，如果沒有巨頭的推動(dòng),，3D打印將永遠(yuǎn)停留在一個(gè)”水坑”般的僵局中，而無法”匯入”制造業(yè)的海洋發(fā)揮其價(jià)值創(chuàng)造的潛力,。