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3D列印新應用：打造出世界效率最高重型燃氣輪機9HA

2021/12/25

導讀：3D列印，學名「增材製造」（Additive Manufacturing）。顧名思義，傳統的加工製造方法主要是「減材製造」（Subtractive Manufacturing），使用傳統減材製造方法時，部件的複雜度直接影響流程的複雜度，複雜的形態會使開模難度加大、使用工具更加複雜、成本大幅上漲。

然而對於3D列印技術來說，由於其獨特的分層成形原理，簡單的形態和複雜的形態幾乎可以一視同仁。只需有3D建模方案、合適的原料和3D增材製造儀器，就可以立刻列印部件；因為甩掉了模具，所以可以用較便宜的價格，製造出傳統模具工廠無法製造出的設計；如果設計後續發生修改，只需修改設計3D建模方案，再次列印；3D列印的零部件出現損壞，甚至可以在破損處直接列印修補。

因此3D列印對工業製造的顛覆性可見一斑。經過三十餘年的發展，3D列印早已走出象牙塔並脫離了極客的自娛自樂。打開某寶，搜索「3D列印」，從鑰匙扣到冰淇凌，總有一款能滿足你下一個七夕的備貨需求。

但工業製造真正追求的，應該是所謂的「大音希聲，大象無形」。俠之大者，為國為民，縱有千鈞之力，隱忍而不發。真正值得讚頌千篇的3D列印，還當屬鏗鏘的金屬3D列印。主流的激光燒結技術下，零件在萬千遍的燒結后列印成型，千錘百鍊磨成一劍。

3D列印——契合現代工業的精密要求

被譽為「製造業皇冠上明珠」的燃氣輪機到今天已經發展了大半個世紀，想要繼續進步，需要近乎登峰造極的技術能力與想象力。在不斷攀登巔峰的過程中，3D列印技術可謂橫空出世，彌補了傳統製造方法的局限。

舉個例子，燃機界的翹楚——H級燃機，透平初溫1500攝氏度，聯合循環效率高達62.22%，極高的靈活性，超低的排放，人類百年工業文明的巔峰之作，就采拮了3D增材製造的精髓。

GE 9HA燃氣輪機的核心部件之一——燃燒室燃料噴嘴和預混器就使用了3D增材製造工藝，微孔預混技術確保了GE低氮燃燒技術DLN2.6e的有效發揮，再結合眾多同樣尖端的技術，最終成就了法國布尚電廠9HA機組打破吉尼斯世界紀錄的聯合循環效率——62.22%。

9HA燃氣輪機

「大音希聲，大象無形」，莫過如此。

讀到這裡大家不要著急，這麼好的東西，我大天朝怎麼可能沒有，很快，9HA燃氣輪機將會落戶天津軍糧城。

3D列印究竟能成就多少的改變？我們以GE 9HA燃機中的燃料噴嘴為例（密集恐懼症患者注意，請快速滑動屏幕）

DLN2.6e 中3D列印製造的先進預混噴嘴（Advanced Premixer）：

密集的進氣孔，讓9HA在低氮燃燒技術DLN2.6E中實現了微孔預混和全預混燃燒，保證燃料與空氣以更好的比例混合，實現啟停過程全預混燃燒模式，不存在擴散火焰，滿足超低氮氧化物排放（在最低負荷至30%的工況下僅有25ppm氮氧化物排放），支持燃機快速增減負荷。

3D列印——成就全球最先進燃機

H級燃機體積龐大，GE的9HA燃機有約12米高（大概四層樓），重約400噸（約兩頭藍鯨），在實際使用中，燃機本身還會有諸多「輔機」，以幫助充分回收廢氣餘熱等。除了體型龐大，零件眾多，還需「輔機」兼容之外，發電行業還希望燃機24x7不間斷工作，同時符合越發嚴苛的環保法規要求。這一切都需要H級燃機的設計與製造無限趨近完美——燃氣輪機核心部件的精度誤差最多幾十微米。

GE 9HA燃機成為全世界效率最高的燃氣輪機（沒有之一），其幕後功臣之一就是3D增材製造。

具體而言，3D列印技術在關鍵零部件上的充分應用，能夠幫助GE 9HA燃氣輪機的出力較傳統製造方法增加了1%。不要小看這1%。GE在法國布尚電廠的9HA機組可以供給大約68萬個法國家庭的用電需求，也就是說，在原有能耗不變的情況下，這兩個部件將會把光明帶給額外6800個家庭。

如今，法國、俄羅斯、巴其斯坦、日本等多國電廠已經開始部署9HA燃機。今年3月，哈電集團與GE簽署了重型燃機合資協議，重點落實適合市場的9F級和9H級燃機的本地化製造；同月，哈電集團還將華電天津軍糧城項目的9HA燃機合同授予了GE。預計到2018年二季度，該9HA機組就將交付，屆時的電力用戶也將有機會直接體驗到3D列印技術為尖端發電設備帶來的性能提升。

3D列印——一探究竟

讓我們跟隨流言終結者（Myth Busters）Adam Savage大神的腳步，來到GE在美國南卡羅萊納州Greenville的3D列印工廠，一探燃機部件的3D列印，究竟是怎麼一回事。