Gasturbine : Siemens testet erfolgreich gedruckte Turbinenschaufel

Siemens hat einen Durchbruch im 3D-Druck von Gasturbinenschaufeln erzielt. Erstmals konnten vollständig mit Additive Manufacturing (AM) gefertigte Gasturbinenschaufeln unter Volllast in einer Gasturbine erfolgreich getestet werden.

Das Unternehmen überprüfte dabei mehrere mit AM hergestellte Turbinenschaufeln mit konventionellem Schaufeldesign. Die Bauteile wurden dabei 13.000 Umdrehungen in der Minute und Temperaturen von über 1.250 Grad Celsius ausgesetzt. Zusätzlich testete Siemens ein mit AM-Technologie gefertigtes neues Schaufeldesign mit einer komplett überarbeiteten und verbesserten internen Kühlungsgeometrie. Die verwendeten Schaufeln wurden bei Materials Solutions, dem erst kürzlich erworbenen Unternehmen in Worcester, Großbritannien, gefertigt. Materials Solutions ist spezialisiert auf die Fertigung von hochleistungsfähigen Bauteilen für Hochtemperaturanwendungen bei Turbomaschinen bei denen Genauigkeit, Oberflächenbeschaffenheit und höchste Materialqualität für die Leistungsfähigkeit der Komponenten entscheidend ist. Die Untersuchungen wurden im Siemens-Testcenter für industrielle Gasturbinen in Lincoln, Großbritannien, durchgeführt.

Die Turbinenschaufeln wurden in einer industriellen Gasturbine des Typs SGT-400 mit einer Leistung von 13 Megawatt (MW) installiert. Die gedruckten Turbinenschaufeln werden aus einer pulverförmigen, hochtemperaturbeständigen Superlegierung mit polykristallinem Nickel hergestellt. Die Schaufeln widerstehen so dem hohen Druck sowie den enormen Temperaturen und Fliehkräften, die beim Turbinenbetrieb entstehen. Bei Volllast dreht sich jede der Schaufeln mit einer Geschwindigkeit von über 1.600 km/h und trägt dabei die Last von 11 Tonnen, was dem Gewicht eines vollbeladenen Londoner Doppeldeckerbusses entspricht. Außerdem sind die Schaufeln von 1.250 Grad Celsius heißem Gas umgeben und werden mit über 400 Grad Celsius heißer Luft „gekühlt“. Das in Lincoln getestete neue Schaufeldesign bietet verbesserte Kühleigenschaften. Damit kann die Effizienz der Siemens-Gasturbinen weiter gesteigert werden.

Beim Additive Manufacturing (AM) werden Teile Lage für Lage aus einem schichtförmig aufgebauten CAD-Modell erstellt. Die AM-Technologie, die auch als 3D-Druck bekannt ist, bietet vor allem Vorteile bei der schnellen Fertigung von Prototypen, dem Rapid Prototyping. „Die spannende AM-Technologie verändert die Art und Weise wie wir produzieren. Wir können damit Prototypen bis zu 90 Prozent schneller entwickeln“, sagte Meixner. „Siemens ist Vorreiter im Bereich Additive Manufacturing. Wir beschleunigen die Entwicklung neuer Gasturbinen mit höherem Wirkungsgrad und gesteigerter Verfügbarkeit und können unseren Kunden diese Verbesserungen damit schneller liefern. Die neue Flexibilität in der Fertigung erlaubt es uns, näher an den Anforderungen der Kunden zu entwickeln und wir können einzelne Ersatzteile bei Bedarf (on demand) liefern.“