Mit der Powder Bed Fusion-3D-Drucktechnologie lassen sich hervorragend Metallobjekt schnell und in großen Stückzahlen mit wenig Verschleiß direkt vor Ort nach Bedarf herstellen. Das Verfahren eignet sich aber nicht um Ergänzungen an bestehenden Objekten vorzunehmen, wie zum Beispiel Bauteilerweiterungen oder Reparaturen. Um jedoch Turbinenschaufeln nicht nur zu reparieren, sondern auch erweitern zu können, hat Siemens Energy jetzt ein neuartiges Verfahren entwickelt, mit dem das gelingen soll. Das Verfahren trägt den Namen L-PBF-Repair (HybridTech).

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Siemens hat schon vor 2 Jahren damit begonnen 3D-Druck zur Hersteller von Gasturbinen einzusetzen. Ein Jahr nach dem Durchbruch beim 3D-Druck der Gasturbinen wurde dann auch ein erstes Werk in Großbritannien eröffnet. Neben der Herstellung der Turbinen gehören aber auch die Reparatur und Erweiterungen um neue Teile zum Aufgabengebiet von Siemens Energy.

Mit dem Powder Bed Fusion-3D-Druckverfahren ein bestehendes Objekt zu reparieren oder etwas zu ergänzen, ist ein komplizierter Prozess. Der Laserkopf muss eine sehr klare und präzise Sicht auf alle Teile haben, an denen im Pulverbett gearbeitet werden muss. Ingenieure von Siemens Energy haben mit L-PBF Repair den HybridTech PBF-Prozess für die Reparatur und Aufrüstung von Turbinenspitzen jetzt verbessert. Auf der Website des Unternehmens finden sich dazu zahlreiche Informationen. Turbinenschaufeln lassen sich über die Laser-Pulverbett-Fusion (L-PBF) nicht nur reparieren, sondern auch verbessern. Außerdem können Kühlstrukturen in kritische Bereiche implementiert werden.

Problemstellung

Turbinenschaufel
Derzeit arbeitet das Unternehmen daran, die ersten Blattsätze herzustellen und das Standardreparaturverfahren auf das neue Verfahren umzustellen (Bild © Siemens Energy).

Ein Turbinenschaufel einer SGT5-4000F-Gasturbine wandelt ungefähr so viel Leistung in Rotationsenergie um wie ein 10 Porsche 911. Hohe Temperaturen, verbunden mit hohen Gasgeschwindigkeiten, führen möglicherweise zum Abbrand der Schaufelspitze. Das kann zu einer Spaltbildung und zu einem messbaren Leistungsabfall der gesamten Turbine führen. Größere Spaltbildung erhöht die Temperatur des Schaufelmaterials aufgrund des überlaufenden heißen Gases. Das führt zu schnellem Materialverlust und der Spalt vergrößert sich.

Die Laser Powder Bed Fusion ist eine Technik, mit der Siemens Energy Strukturen auf ein vorhandenes Bauteil in hoher Auflösung herstellen kann. Die hohe Auflösung ist für Kühlgeometrien mit einem sehr begrenzten Querschnitt sehr wichtig. Kritische Bereiche lassen sich effektiver kühlen und Materialverluste werden vermieden.

L-PBF-Repair

Eine neue CAD-CAM-Kette soll die Form der L-PBF-Spitze automatisch an jede Klinge anpassen. 3D-Scantechnologien und ein vom Siemens Energy-Team entwickelter Algorithmus bilden eine digitale Reparaturkette. Zudem hat das Team das L-PBF-Verfahren für ein extrem oxidationsbeständiges Material für die Blattspitze entwickelt.

Siemens Energy definiert seine Arbeit als L-PBF Repair (kurz: HybridTech).
Mit dieser kann nahtlos von physischen zu virtuellen und zurück zu physischen Darstellungen eines Teils gewechselt werden und neue Modifikationen auf eine sich verschlechternde vorhandene Komponente anzuwenden. Der Kunde erhält eine Gasturbine mit konstanter Leistung. Derzeit arbeitet das Unternehmen daran, die ersten Blattsätze herzustellen und das Standardreparaturverfahren auf das neue Verfahren umzustellen.

Turbinenschaufeln mit L-PBF-Repair erweitern
Siemens Energy nennt die neue Methode L-PBF-Repair (Bild © Siemens Energy).

Video zeigt Einsatz von 3D-Druck bei Siemens

Auch für Siemens ist die additive Fertigung, auch als industrieller 3D-Druck bezeichnet eine „Schlüsseltechnologie der Zukunft“ zu werden. Siemens nutzt, entwickelt und industrialisiert den industriellen 3D-Druck für mehr Innovation und größere Vorteile für ihre Kunden.

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