西門子能源：金屬3D打印產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)導者

導讀：作為一家為工業(yè)應用提供集成軟件和自動化解決方案的公司,，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，試圖打造成為整個能源生產(chǎn)鏈的領(lǐng)導者,。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)導者在法蘭克福證券交易所上市,。在強大的材料解決方案加持下，西門子能源除了是世界上先進的,、金屬,、數(shù)字增材制造服務(wù)的領(lǐng)先供應商外，同時也是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行著多達90臺工業(yè)金屬3D打印機：其中大部分用于連續(xù)制造燃氣輪機部件,。西門子能源和材料解決方案的增材制造副總裁Markus Seibold負責監(jiān)督新公司的增材生產(chǎn)項目，他介紹說："西門子能源公司是承擔增材制造軟件業(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,，包括用于內(nèi)部生產(chǎn)的打印機和用于在材料解決方案公司提供服務(wù)的打印機，都被用于開發(fā)技術(shù)和生產(chǎn)燃氣輪機應用的部件,。"

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。如果算上所有的增材制造技術(shù),，包括LMD,，西門子現(xiàn)在可以實現(xiàn)400種材料母體的生產(chǎn),。對于PBF，也就是3D打印中增長最快的技術(shù),，西門子也有超過100個合格的能源行業(yè)應用,。

這些數(shù)字可能會挑戰(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)的應用方面,，到目前為止,，只有GE為其GE9X和LEAP發(fā)動機開發(fā)了大規(guī)模的系列化最終零件應用：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)模的增材項目,。

增材制造設(shè)計（DfAM）

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

△西門子用于SGT-700燃氣輪機的3D打印燃氣燃燒器

西門子能源公司正在成為一個主要用戶,，致力于推動增材制造的應用。為實現(xiàn)這一目標,，Seibold已經(jīng)實施了三個戰(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)展和學習如何為3D打印工藝設(shè)計,。在Seibold的指導下,，公司已經(jīng)建立了一個由30多名工程師組成的團隊，他們分布在不同的地方,，全身心地投入于實施DfAM,。他說："我們在三年前決定，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施所需的條件。西門子能源公司在DfAM中還專門針對傳熱工程師和機械工程師設(shè)立30個新職位,，并從內(nèi)部選拔30人轉(zhuǎn)崗到3D打印設(shè)計,。"

西門子能源公司3D打印戰(zhàn)略的第二個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個零件是通過PBF生產(chǎn)的,，總共有400個合格的零件將通過增材制造進行批量生產(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)達到了每年幾千件的數(shù)量，西門子現(xiàn)在的目標是達到1000個以上的合格應用,。

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獨立的3D打印服務(wù)提供商運作,。因此,，它是Oerlikon、Morf3D,、Sintavia或BEAMIT等其他服務(wù)提供商的競爭對手,。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用提供的服務(wù)之間平分秋色。

Seibold解釋說："我們認為,，有這么多的挑戰(zhàn)需要我們?nèi)ソ鉀Q,，我們應該和其他人一起解決。通過材料解決方案,，我們正在學習如何推動創(chuàng)新，同時開發(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技術(shù)發(fā)展。材料解決方案是創(chuàng)新的催化劑,，因為我們相信,，要認真發(fā)揮3D打印行業(yè)的作用，你需要接觸到多個外部客戶的創(chuàng)新和系列化需求,。"

△西門子于2017年3D打印并驗證了第一個燃氣輪機葉片

通往”千級“合格3D打印零件的道路

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

他說："要從制造100個合格零件跨越到超過1000個,，我們將需要額外的100臺打印機,，而我們不會自己投資到100臺額外的打印機，至少在短期內(nèi)不會,。對于那些有著獨特技術(shù)主張的部件,，會繼續(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產(chǎn)權(quán),。但是對于即將到來的大批量部件制造,，我們將去找一個外協(xié)的增材制造供應商。"

△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,，都在嘗試為需求實施供應鏈解決方案,，同時這也為增材制造帶來了許多新的挑和機會,。

Seibold同意這一點："3D打印是一種獨特的技術(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,，當我們把它運用成熟時，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)供應商來打印零件,。一旦有了應用,，現(xiàn)有的零部件供應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該以傳統(tǒng)的方式進行采購，即我們向四五家不同的公司咨詢以獲得價格并選擇其中一家,。但我們也在考慮以更創(chuàng)新的方式進行,，通過實施數(shù)字平臺商業(yè)模式：一個你去匯總零件需求的地方，然后自動將其發(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，因為3D打印機的連接性更強,，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，這真的能實現(xiàn)在許多不同的供應商之間生產(chǎn)相同的,、可重復的零件嗎,？

△位于沃徹斯特的西門子材料解決方案3D打印工廠

Seibold承認："今天，3D打印是不可重復的,，甚至在同一臺機器上,，在同一零件上，在同一工作中也是不可重復的,。我們沒有推動批量生產(chǎn)的應用,，技術(shù)也不支持它。但這將會得到解決",。

同時,，他還指出，增材制造將繼續(xù)提供獨特的機會，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),，增材制造的供應鏈將自由發(fā)展。Seibold總結(jié)說："我們?yōu)?025年以后許下了一個新的愿景——那時我們將有應用,，我們將有數(shù)量,，我們將有許多不同的機器�,？梢钥隙ǖ氖�,，這個過程已經(jīng)在進行了。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打印機之一,。這項技術(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)在正在為特定的應用引入新的技術(shù),。隨著時間的推移,，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器，或者制造工藝,，你很可能要重新驗證一些材料數(shù)據(jù),。我們知道EOS機器如何工作，基于這種設(shè)計和理解,，對我們的工藝和材料進行了鑒定,。同時，我們希望保持工藝的穩(wěn)定,，因為這將增加另一個變量,。"

據(jù)悉，西門子能源一些為特定應用引進了包括雷尼紹和Trumpf系統(tǒng)在內(nèi)的一系列新機器,。在Materials Solutions,，他們現(xiàn)在已經(jīng)選擇了雷尼紹系統(tǒng)，以提高小型零件應用的高產(chǎn)能,。在柏林,，西門子能源現(xiàn)在有一個Trumpf 5000系統(tǒng)，正在測試其工業(yè)可靠性和能力,。這是一個持續(xù),、長期的過程。當他們需要新技術(shù)時，無論是新材料,、新應用還是更大的建造,，都會首先對整個行業(yè)內(nèi)目前所能提供的東西進行評估。如果有適合某個特定的零件系列的機器,，他們就在這個平臺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�,？梢韵胂�,，如果沒有巨頭的推動，3D打印將永遠停留在一個”水坑”般的僵局中,，而無法”匯入”制造業(yè)的海洋發(fā)揮其價值創(chuàng)造的潛力,。