2021 年，全球3D打印市場價值超過130億美元，預計2022年至2030年期間的復合年增長率將達到20.8%。到目前為止，3D打印技術(shù)的最大用途之一是醫(yī)療領域。但隨著市場的迅速擴大，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。

跨入能源領域

美國國家可再生能源實驗室 (NREL) 的研究人員開發(fā)了一種制造風力渦輪機葉片的新方法，可提高其性能和報廢回收率。該團隊不是用普通的熱固性樹脂制造刀片，而是設計了一種獨特的設置，使用熱塑性塑料進行 3D 打印，隨后可以加熱以恢復其原始聚合物以供重復使用。將他們的方法付諸實踐，工程師們已經(jīng)設法制造了一個 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，但外界認為它購買該系統(tǒng)是出于優(yōu)化渦輪機的生產(chǎn)成本和飛行準備的目的，提高其在飛機維護、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)為復雜渦輪增壓器的設計與制造帶來了全新的方式。本期，將分享的應用案例是一種3D打印高溫合金雙壁渦輪增壓器，其設計采用了雙壁結(jié)構(gòu)，而這種復雜設計是無法通過傳統(tǒng)工藝加工出來的。GF 加工方案通過軟件、金屬3D打印和后處理設備，以及專利設計的System 3R夾具這三股平行工作流程，為復雜雙壁渦輪增壓器提供了從設計到成品交付的完整增材制造解決方案。

加拿大麥吉爾大學和瑞爾森大學的工程師已成功將破壞環(huán)境的風力渦輪機廢料轉(zhuǎn)化為堅固的新型 PLA 3D 打印材料。使用機械研磨和熱解的混合物，該團隊已經(jīng)能夠?qū)F(xiàn)已報廢的風力渦輪機葉片回收成細纖維粉末。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度和剛度，而且一旦與 PLA 集成，它們就證明能夠產(chǎn)生堅固的纖維增強 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)制造的燃氣輪機葉片上進行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應用的首選。除了僅維修渦輪機葉片外，該鏈條還旨在提供升級服務，特別是通過在葉片尖端安裝復雜的冷卻通道來減少裂紋和缺陷的風險。

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計（Design for additive manufacturing，DfAM）的結(jié)構(gòu)。以增材制造的思維去設計時，需要突破以往通過鑄造、壓鑄、機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，預計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。應用對象是一種增材制造微型渦輪機，這一應用體現(xiàn)了粉末床技術(shù)成就復雜產(chǎn)品的優(yōu)勢，產(chǎn)品開發(fā)團隊緊扣這一優(yōu)勢，提出了創(chuàng)新性的微型渦輪機設計方案。