GE、ハイブリッド積層造形によりタービンブレードの修理効率を向上

GE はおそらく、積層造形 (AM) の進歩に最も深く関わる大手企業です。最も典型的な例は、LEAP ジェットエンジンで使用される燃料ノズルです。しかし、GE にとって付加製造に関連する注目すべき成果の 1 つは、新たな買収です。 GEは2015年にアルストムパワーを買収した際、ハミュエルのハイブリッド積層造形装置を通じてタービンブレードを修理する技術も獲得した。

既存のタービンブレードに金属 3D プリント技術を適用する方法は、再製造の分野で幅広い応用の見込みがあります。スイスのビルにある GE Power Services の生産拠点では、新たに統合された元アルストムのチームが Hamuel ハイブリッド積層造形装置を使用して、ブレードの修理だけでなく、その性能も向上させました。

ハイブリッド積層製造機器分野に参入する多くの工作機械メーカーと同様に、Hamuel の機器は、積層製造を実現するために Texas Hybrid Manufacturing Technologies の「Ambit」レーザー堆積溶接システムを使用しています。ハミュエルは、レーザークラッディング、5軸加工、検査、研磨、レーザーマーキングを1台のマシンに統合した積層造形ハイブリッド加工センター、HSTM 1000を2013年に発売しました。当社は、特に摩耗したブレードやブリスクの修理において優れた処理能力を備えています。

「Ambit」レーザー堆積溶接システムは、工作機械のスピンドルに取り付けることができ（ツールと同じインターフェースを使用）、金属堆積処理のレーザークラッディング機能を「ツールの交換」と同じくらい簡単に使用できます。 Hamuel の HSTM シリーズマシンの標準バージョンは、5 軸フライス加工とフル旋削機能を備えており、複雑な輪郭のタービンブレードを 1 回の加工操作で加工できます。この機械のハイブリッド積層製造バージョンは、指向性金属堆積によって金属をワークピースに直接「溶接」し、その後正確な許容誤差に合わせて機械加工することで部品を修復します。

GE チームによると、ハイブリッド積層造形の利点の 1 つは、必要なクランププロセスが 1 回だけであることです。一度のクランプで複数の機械を使用する場合に比べて、移動と調整の時間が節約されます。切断、クラッディング、仕上げという連続したステップを伴う一般的な修理では、ハイブリッド AM により、3 つの輸送およびクランプステップのうち 2 つが省略されます。

GE ワーキンググループの見解では、金属 3D プリントと CNC 金属切削工作機械の組み合わせは、従来の工作機械よりも価値が高いと言えます。これは、スイスアーミーナイフが単なるナイフ以上のものであり、スマートフォンが単なる電話以上のものであるのと同じです。 Birr 社では、ブレードの修理のほとんどが依然として従来の方法で行われていますが (工場での膨大な作業負荷のため)、ハイブリッド積層造形システムにより、ブレードの修理プロセスがはるかに効率的になることが実証されています。

画像: 欠陥のあるブレードハイブリッド積層造形処理の利点のもう 1 つの例は、ブレードのパフォーマンスの向上です。過去数年間の処理経験から、ブレードの設計を改善することでタービンの効率を向上できることがわかっています。ブレードはタービンがエネルギー変換を実現するための基本的な要素であり、その幾何学的設計の品質はタービンの全体的な性能に直接影響します。タービンブレードの前縁形状を変更することで、タービンの流れ特性と空力性能を向上させることができます。 3D プリント技術により、製造の柔軟性が大幅に向上します。

過去には、ブレードのそのような改造はほとんど不可能でした。ハイブリッド積層製造装置での 3D プリントとフライス加工の組み合わせにより、小さな変更が実現可能かつ経済的になります。ブレードが完全に修理されると、新たな性能が与えられ、タービンの全体的な性能が大幅に向上します。

注目すべきは、これらのブレードのバッチは小さいかもしれませんが、作業量は少なくなく、人為的ミスによる衝突による「Ambit」金属堆積システムの損傷など、一般的な製造上の問題が発生する可能性があるということです。新しい交換システムを入手するには 7 日かかり、その間に機器の 3D 印刷機能が失われ、処理が必要なブレードは順番待ち状態になるという状況でした。

ハイブリッド金属 3D プリントの分野では、異なる 3D プリント技術に応じて 2 つの主要な派閥に分かれています。一方の陣営は日本の松浦工業と日本のソディックで、PBF粉末金属溶融3Dプリント技術とCNC金属切削技術を1つの装置に組み合わせています。
もう一つの主要陣営は、ドイツのDMG森精機製作所、日本のマザック、そしてこの記事で言及したHamuelで、LENSレーザーニアネットシェイプ3Dプリント技術とCNC金属切削技術を1つの装置に組み合わせています。

前者は金属切削工程中に冷却剤を使用せず、金属切削工程とPBF粉末金属溶融3D印刷工程を交互に実施します。後者は通常、金属切削工程中に冷却剤を使用し、LENSレーザーニアネットシェイプ3D印刷工程が完了した後に金属切削工程を実施します。

GE Oil & Gas は 2015 年以来、新潟県刈羽工場で松浦 AM フライス盤を使用し、エネルギー業界全体のさまざまな用途向けに特別に構成された Masoneilan 製コントロールバルブコンポーネントを製造しています。

GEは2011年に刈羽工場を買収し、2年後には特殊な制御弁の製造に3Dプリンターの使用をテストし始めた。多数の小さな穴と流路を持つこれらの特殊なバルブは、製造が常に困難であり、従来は多くの部品の組み立てが必要でした。 GE刈羽工場では、金属3Dプリンター「LUMEX Avance-25」を導入しています。金属3Dプリンターの導入により、従来の製造方法では製造が困難だった中空構造や曲面形状、格子状など複雑な形状の部品の製造が可能になりました。もう 1 つの利点は、一体成形が可能になることで、従来の製造プロセスで必要な金型処理手順が削減され、製造時間の短縮と製造コストの削減を実現できることです。

言い換えれば、GE はハイブリッド金属 3D プリンティングの分野で両方の主要派閥を活用していることになります。 PBF粉末金属溶融3Dプリント技術とCNC金属切削技術は、制御バルブなどの非常に複雑な内部部品を持つ部品の修復に使用され、LENSレーザーニアネットシェイプ3Dプリント技術とCNC金属切削技術を組み合わせて、ブレードなどの加工が難しい部品の修復に使用されます。

したがって、これらの高価な部品が長年の使用で摩耗し、通常の性能に影響が出た場合、それらを廃棄することは製造経済にとって非常に非経済的であることは間違いありません。 3Dプリント技術はこれらの部品の「命」を「救った」と言え、修復方法によってこれらの部品の使用価値が回復しました。

3D プリント技術が部品の再生の分野で積極的な役割を果たすことは間違いありません。 3D プリント技術を使用したビジネスモデルを模索している企業にとって、再製造はレイアウトの市場参入ポイントとして機能します。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
GEは、最大1000mmの造形サイズを持つ世界最大の3Dプリンターを製造している。

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