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Der Durchbruch – Siemens druckt Gasturbinenschaufeln

Auf 8. Februar 2017 von Raphael S. veröffentlicht

Siemens forscht und entwickelt schon seit mehreren Monaten daran. Nun hat ein internationales Projektteam mit Ingenieuren aus Schweden, dem Vereinigten Königreich und Deutschland die Turbinen getestet – mit Erfolg.

Siemens und Materials Solutions

Siemens Druckt

Gasturbinenschaufel – Siemens

Das kürzlich von Siemens erworbene Unternehmen Materials Solution, spezialisiert auf die Fertigung hochleistungsfähiger, temperaturbeständiger Bauteile, hat die Gasturbinenschaufeln hergestellt. Getestet wurden die Prototypen im Siemens-Testcenter für industrielle Gasturbinen in Lincoln, Vereinigtes Königreich.

Dieser war nicht ohne – bei voller Leistung dreht sich eine Schaufel der Turbine mit einer Geschwindigkeit von 1600 km/h (oder 13.000 Umdrehungen pro Minute), das entspricht der doppelten Geschwindigkeit einer Boeing 737. Sie muss eine Last von 11 Tonnen, also die eines vollbeladenen Londoner Doppeldeckerbusses tragen. Zudem herrschen extrem hohe Temperaturen, bei Betrieb sind die Schaufeln von einem 1250 °C heißen Gas umgeben.

Dabei wurde nicht nur die Gasturbinenschaufeln selbst entwickelt, sondern die gesamte Prozesskette: Vom Entwurf der einzelnen Bauteile bis hin zu Simulationen der Komponentenlebensdauer.

Die Herstellung der Schaufeln

Die Komponenten werden durch Selektives Laserschmelzen (SLM) aus einer pulverförmigen Superlegierung mit polykristallinem Nickel hergestellt. Sie widerstehen so dem hohen Druck sowie den enormen Temperaturen und Fliehkräften, die beim Turbinenbetrieb entstehen. Verbaut werden die Turbinenschaufeln in einer industriellen Gasturbine vom Typ SGT-400 mit einer Leistung von 13 Megawatt (MW).

Bislang werden die Bauteile durch Schmieden oder Gießen hergestellt, bei der gusstechnischen Fertigung ist ein aufwendiger Formenbau notwendig, welcher zeitintensiv und teuer ist. Dank des 3D Drucks konnte das Team diese Faktoren eliminieren und die Zeit vom Entwurf bis zur Produktion einer neuen Gasturbinenschaufel um 90% von zwei Jahren auf zwei Monate reduzieren. Außerdem sei es möglich, durch die neugewonnene Felxibilität genauere und komplexere Kundenanforderungen zu realisieren und einzelne Ersatzteile bei Bedarf zeitnah zu liefern.

Laut Willi Meixner, dem CEO der Siemens Gas and Power Division, sei es ein bahnbrechender Erfolg für den Einsatz von Additive Manufacturing im Bereich der Stromerzeugung, einem der anspruchsvollsten Anwendungsfelder für diese Technologie.

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