Cetak 3D untuk Bagian Turbin: Mempercepat Pengembangan, Performa, dan Keberlanjutan
Pencetakan 3D sedang mengubah prototipe, produksi, dan pemeliharaan dalam manufaktur turbomachinery.
Teknologi ini menawarkan alternatif yang kuat terhadap cetak dan pengaseman untuk berbagai komponen turbomachinery.
Dalam Application Spotlight minggu ini, kami menguji manfaat nyata dari pencetakan 3D dalam manufaktur turbomachinery dan menampilkan contoh dunia nyata yang menarik.
Aplikasi lain yang dicakup dalam seri ini:
Cetak 3D untuk Heat Exchangers Cetak 3D untuk Bearings Cetak 3D untuk Manufaktur Sepeda Cetak 3D untuk Digital Dentistry & Clear Aligner Manufacturing Cetak 3D untuk Medical Implants 3D-Printed Rockets dan Masa Depan Manufaktur Kapal Angkasa Cetak 3D untuk Manufaktur Sepatu Cetak 3D untuk Komponen Elektronik Cetak 3D di Industri Kereta Api 3D-Printed Eyewear Cetak 3D untuk End-Part Production Cetak 3D untuk Brackets Cetak 3D untuk Bagian Turbin Bagaimana Cetak 3D Memungkinkan Komponen Hidraulik yang Berperforma Lebih Baik Bagaimana Cetak 3D Mendukung Inovasi di Industri Tenaga Nuklir
Apa Itu Turbomachine?
Setiap sistem daya modern—dari roket dan mesin jet hingga turbin angin dan hidropower—mengandalkan turbomachinery. Sebuah turbomachine adalah perangkat berputar di mana rotor atau impeller bergerak melalui fluida—gas, uap, air, atau udara—untuk mengubah energi fluida menjadi daya mekanik yang dapat digunakan.
Manfaat Cetak 3D untuk Turbomachinery
Pengembangan Produk yang Lebih Cepat
Pencetakan 3D secara dramatis memendekkan siklus desain-ke-prototipe. Insinyur tidak lagi perlu membuat tooling; mereka dapat mengirim file digital langsung ke printer, menghasilkan bagian fungsional dalam jam atau hari.
Siemens menggunakan pendekatan ini pada 2017 untuk mengembangkan dan menguji blader turbin gas. Dengan mencetak prototipe, Siemens memotong waktu pengembangan dan validasi dari dua tahun menjadi hanya dua bulan dan beralih dari pengujian satu desain menjadi evaluasi sepuluh varian dalam periode tersebut.
Karena blader dapat diuji dalam kondisi operasional nyata, Siemens meningkatkan sistem pendinginan dan memperpanjang umur blader. Perusahaan kini berharap untuk beralihlah ke blader sepenuhnya cetak 3D dalam tiga hingga lima tahun ke depan.
Produksi yang Lebih Cepat
Sulzer menggabungkan pencetakan 3D logam dengan pengaseman untuk menciptakan impeller tertutup—komponen pompa kritis yang mempercepat fluida untuk menghasilkan tekanan.
Cetak tradisional dari impeller tertutup dapat menghasilkan cacat permukaan dan memakan waktu hingga 35 hari. Proses hibrid Sulzer—pengaseman 5-axis dari billet taik kemudian diikuti oleh Laser Metal Deposition (LMD)—menghasilkan bagian lengkap dalam sekitar 48 jam.
Fleksibilitas Desain
Pencetakan 3D memungkinkan konsolidasi komponen, mengurangi langkah perakitan dan meningkatkan kekuatan. Siemens merancang ulang fuel swirler turbin gas dari sepuluh potongan cetak dan pengaseman menjadi satu bagian manufaktur aditif.
Swirler yang dirancang ulang—dibuat dari Inconel alloy yang diperkuat solusi—muat dalam satu build powder-bed fusion laser EOS M 400-4 quad yang menghasilkan 16 unit per run dalam hingga 100 jam.
Perbaikan yang Lebih Cepat
Selective Laser Melting (SLM) dan LMD juga menyederhanakan perbaikan bagian yang aus. Siemens mempioneirkan perbaikan burner-tip SLM yang memotong hanya zona yang rusak dan membangun kembali tip lapis demi lapis.
Proses ini mengurangi waktu perbaikan sebesar 90%, dan sejak 2013 Siemens telah memperbaiki lebih dari 2.000 burner. Siemens juga menggunakan LMD untuk mengganti blader dan vanes, menghilangkan las tradisional.
Pencetakan 3D – Masa Depan Turbomachinery?
Manufaktur aditif mempercepat pengembangan produk, meningkatkan performa komponen, dan memendekkan siklus perbaikan. Perbatasan berikutnya terletak pada sensor terintegrasi: Optomec telah mencetak sensor strain langsung pada blader turbin dengan teknologi Aerosol Jetnya, memungkinkan pemantauan struktural real time.
GE, Oak Ridge National Laboratory, dan Xerox-owned PARC telah mengamankan $1,3 juta untuk memotong timeline desain-dan-validasi untuk komponen turbin cetak 3D hingga 65%. Tujuannya adalah bagian multi-fungsi yang bebas cacat, berperforma tinggi, yang tahan terhadap suhu dan stres ekstrim.
Meskipun pencetakan 3D untuk turbomachinery masih baru, momentum-nya tidak dapat dipungkiri. Seiring produsen mengejar daya tahan dan efisiensi, manufaktur aditif akan menjadi bagian integral dari desain turbin masa depan.
