西門子能源：金屬3D打印產業(yè)化的領導者

導讀：作為一家為工業(yè)應用提供集成軟件和自動化解決方案的公司，西門子一直以來都尤為重視增材制造的發(fā)展。如今，西門子能源公司被剝離出來，試圖打造成為整個能源生產鏈的領導者。3D打印將發(fā)揮很重要的作用。

早在2020年，西門子就已經對公司結構做出調整，其全資子公司——西門子能源作為電力傳輸和發(fā)電領域的領導者在法蘭克福證券交易所上市。在強大的材料解決方案加持下，西門子能源除了是世界上先進的、金屬、數(shù)字增材制造服務的領先供應商外，同時也是3D打印技術最大的采用者之一。

西門子能源公司如今在全球各地運行著多達90臺工業(yè)金屬3D打印機：其中大部分用于連續(xù)制造燃氣輪機部件。西門子能源和材料解決方案的增材制造副總裁Markus Seibold負責監(jiān)督新公司的增材生產項目，他介紹說："西門子能源公司是承擔增材制造軟件業(yè)務的股份子公司。除此之外，我們現(xiàn)在還有部件制造業(yè)務，其中包括材料解決方案。幾乎所有西門子能源公司使用的打印機，包括用于內部生產的打印機和用于在材料解決方案公司提供服務的打印機，都被用于開發(fā)技術和生產燃氣輪機應用的部件。"

西門子能源公司今天可能是能源領域最大的3D打印采用者，為能源領域作出貢獻。如果算上所有的增材制造技術，包括LMD，西門子現(xiàn)在可以實現(xiàn)400種材料母體的生產。對于PBF，也就是3D打印中增長最快的技術，西門子也有超過100個合格的能源行業(yè)應用。

這些數(shù)字可能會挑戰(zhàn)航空航天作為3D打印垂直行業(yè)的領先地位。在批量生產的應用方面，到目前為止，只有GE為其GE9X和LEAP發(fā)動機開發(fā)了大規(guī)模的系列化最終零件應用：這些主要集中在Avio Aero公司開發(fā)的噴嘴和鋁鈦合金葉片和其他零件上，最近在航空航天領域沒有出現(xiàn)類似規(guī)模的增材項目。

增材制造設計（DfAM）

Seibold證實說："我們現(xiàn)在有數(shù)百個集成在SAP系統(tǒng)中的3D打印零件，當它們被訂購時，它們會直接被送到3D打印機。我們這樣做已經有十多年了，過去習慣于稱之為包覆層，如今已然成為系列化的增材制造零件。"

△西門子用于SGT-700燃氣輪機的3D打印燃氣燃燒器

西門子能源公司正在成為一個主要用戶，致力于推動增材制造的應用。為實現(xiàn)這一目標，Seibold已經實施了三個戰(zhàn)略方向。首先是繼續(xù)投資于了解該技術的潛力，這意味著技術發(fā)展和學習如何為3D打印工藝設計。在Seibold的指導下，公司已經建立了一個由30多名工程師組成的團隊，他們分布在不同的地方，全身心地投入于實施DfAM。他說："我們在三年前決定，3D打印部件的唯一獲取途徑是要來自內部專門設計的人。許多公司都在談論過渡到3D打印所需的教育和工具，但他們往往不完全了解實施所需的條件。西門子能源公司在DfAM中還專門針對傳熱工程師和機械工程師設立30個新職位，并從內部選拔30人轉崗到3D打印設計。"

西門子能源公司3D打印戰(zhàn)略的第二個要素是讓越來越多的DfAM部件能夠通過3D打印生產。今天，該公司有100個零件是通過PBF生產的，總共有400個合格的零件將通過增材制造進行批量生產。即使是PBF部件也都是批量制造，有些生產數(shù)量較少，但有些已經達到了每年幾千件的數(shù)量，西門子現(xiàn)在的目標是達到1000個以上的合格應用。

西門子能源公司戰(zhàn)略的這一部分側重于材料解決方案作為一個獨立的3D打印服務提供商運作。因此，它是Oerlikon、Morf3D、Sintavia或BEAMIT等其他服務提供商的競爭對手。材料解決方案的收入在外包制造服務和專門為西門子能源應用提供的服務之間平分秋色。

Seibold解釋說："我們認為，有這么多的挑戰(zhàn)需要我們去解決，我們應該和其他人一起解決。通過材料解決方案，我們正在學習如何推動創(chuàng)新，同時開發(fā)技術和新型創(chuàng)新材料。我們可以在西門子能源和外部客戶之間形成伙伴關系，利用材料解決方案來推動技術發(fā)展。材料解決方案是創(chuàng)新的催化劑，因為我們相信，要認真發(fā)揮3D打印行業(yè)的作用，你需要接觸到多個外部客戶的創(chuàng)新和系列化需求。"

△西門子于2017年3D打印并驗證了第一個燃氣輪機葉片

通往”千級“合格3D打印零件的道路

第三個因素，也是為了將3D打印應用的數(shù)量擴大到1000個以上的目標，是開始與外部供應鏈合作，以便能夠應對大批量生產。前兩個步驟是基于內部能力，在Seibold定義的 "制造"戰(zhàn)略中，這第三個方面是基于與外部供應商的合作優(yōu)化，而這正是諸如可重復性和標準化等問題變得更加緊迫的地方。

他說："要從制造100個合格零件跨越到超過1000個，我們將需要額外的100臺打印機，而我們不會自己投資到100臺額外的打印機，至少在短期內不會。對于那些有著獨特技術主張的部件，會繼續(xù)在內部完成生產，畢竟我們也將希望在內部保留一些制造知識產權。但是對于即將到來的大批量部件制造，我們將去找一個外協(xié)的增材制造供應商。"

△西門子能源公司生產的一批系列3D打印零件。

一直以來，許多從事3D打印的公司，包括那些已經內化了多種3D打印工藝的公司，都在嘗試為需求實施供應鏈解決方案，同時這也為增材制造帶來了許多新的挑和機會。

Seibold同意這一點："3D打印是一種獨特的技術，可以讓你創(chuàng)造出傳統(tǒng)方式無法做到的幾何形狀。但是，當我們把它運用成熟時，將成為另一種制造工藝，你不用再去鑄造廠鑄造零件，也不再去加工廠加工零件，而是去找3D打印服務供應商來打印零件。一旦有了應用，現(xiàn)有的零部件供應商將越來越多地增加增材制造能力以滿足新的需求。因此，這使我們回到了采購層面。我們正在爭論是否應該以傳統(tǒng)的方式進行采購，即我們向四五家不同的公司咨詢以獲得價格并選擇其中一家。但我們也在考慮以更創(chuàng)新的方式進行，通過實施數(shù)字平臺商業(yè)模式：一個你去匯總零件需求的地方，然后自動將其發(fā)送給有空間生產它的人。"

作為偏向于數(shù)字化的制造技術，3D打印非常適合這種模式，因為3D打印機的連接性更強，可用的零件數(shù)據(jù)也比以前多。許多3D打印服務提供商已經創(chuàng)建了網(wǎng)絡，將3D打印能力結合到世界各地的實體工廠中，使不同的大型生產服務提供商與需要制造零件的公司聯(lián)系起來。但是，這真的能實現(xiàn)在許多不同的供應商之間生產相同的、可重復的零件嗎？

△位于沃徹斯特的西門子材料解決方案3D打印工廠

Seibold承認："今天，3D打印是不可重復的，甚至在同一臺機器上，在同一零件上，在同一工作中也是不可重復的。我們沒有推動批量生產的應用，技術也不支持它。但這將會得到解決"。

同時，他還指出，增材制造將繼續(xù)提供獨特的機會，作為一種新的、額外的技術，沒有既定的遺產，因此沒有現(xiàn)成的制造工藝。在未來三年內，增材制造的供應鏈將自由發(fā)展。Seibold總結說："我們?yōu)?025年以后許下了一個新的愿景——那時我們將有應用，我們將有數(shù)量，我們將有許多不同的機器�？梢钥隙ǖ氖牵�這個過程已經在進行了。如今的西門子能源是EOS技術的主要用戶，在2008年購買了第一批EOS打印機之一。這項技術目前正在優(yōu)化，以滿足大多數(shù)批量生產的需要，而現(xiàn)在正在為特定的應用引入新的技術。隨著時間的推移，你在某種基礎技術上發(fā)展你的工藝和材料數(shù)據(jù)庫。如果你改變了你的機器，或者制造工藝，你很可能要重新驗證一些材料數(shù)據(jù)。我們知道EOS機器如何工作，基于這種設計和理解，對我們的工藝和材料進行了鑒定。同時，我們希望保持工藝的穩(wěn)定，因為這將增加另一個變量。"

據(jù)悉，西門子能源一些為特定應用引進了包括雷尼紹和Trumpf系統(tǒng)在內的一系列新機器。在Materials Solutions，他們現(xiàn)在已經選擇了雷尼紹系統(tǒng)，以提高小型零件應用的高產能。在柏林，西門子能源現(xiàn)在有一個Trumpf 5000系統(tǒng)，正在測試其工業(yè)可靠性和能力。這是一個持續(xù)、長期的過程。當他們需要新技術時，無論是新材料、新應用還是更大的建造，都會首先對整個行業(yè)內目前所能提供的東西進行評估。如果有適合某個特定的零件系列的機器，他們就在這個平臺上開始該零件的工業(yè)化。不難看出，西門子能源在增材制造的道路上已經越走越寬，他們這種“不拘一家之言“的包容性，為3D打印的產業(yè)化拓寬了新的道路�？梢韵胂�，如果沒有巨頭的推動，3D打印將永遠停留在一個”水坑”般的僵局中，而無法”匯入”制造業(yè)的海洋發(fā)揮其價值創(chuàng)造的潛力。