Osnovna grana aditivne proizvodnje, 3D štampanje metala koristi digitalne modele za usmjeravanje topljenja i slaganja metalnog praha sloj po sloj kako bi se stvorile čvrste komponente. Među njegovim osnovnim operacijama su topljenje elektronskim snopom (EBM) i selektivno lasersko topljenje (SLM). U SLM-u, laserske zrake visoke{3}}e energije se koriste za topljenje metalnog praha, omogućavajući sloj-po{5}}slojnu konstrukciju složenih struktura kroz preciznu kontrolu putanja laserskog skeniranja. Zasnovano na Siemens Energy-ovom pristupu, njegov SLM{7}}ugrađeni plinski turbinski gorionik kombinuje 13 zavarenih komponenti u jednu jedinicu, značajno produžavajući vijek trajanja komponente i pouzdanost.
Tri su ključne prednosti ove tehnologije: prvo, koristi više od 95% materijala, što je mnogo bolje od 60%-70% korištenih u redovnim metodama livenja; drugo, može stvoriti složene oblike koje je teško napraviti tradicionalnim metodama, kao što su uzorci saća za hlađenje u glavama cilindra motora; i treće, optimizacijom dizajna, dijelovi se mogu učiniti 30%-70% lakšima, a da su i dalje jaki. Koristeći metalnu 3D štampu, istraživanje Siemens Energy-a je pokazalo da je težina glava cilindra pala sa 5095 grama na 1755 grama, što je dovelo do smanjenja zapremine od 65% i povećanja efikasnosti odvođenja toplote za 40%.
Pomoću Materials Solutions, Siemens Energy je razvio proizvodni sistem koji obuhvata devedeset industrijskih metalnih 3D štampača. Koristeći SLM tehnologiju, napravljene lopatice gasne turbine su dizajnirane da poboljšaju protok vazduha u njima oponašajući prirodu, što pomaže efikasnijem sagorevanju goriva i smanjuje potrebu za vazduhom za hlađenje. Tehnološka novost je u materijalnoj inovaciji: stvaranje prahova od legura na bazi nikla-prilagođenih visokim{4}}uslovima, koji mogu održati vijek trajanja od 100.000 sati na 650 stepeni.
Prilagođena proizvodnja blade flashera postignuta je tehnologijom 3D štampanja metala kako bi se odgovorilo na izazove konvencionalne proizvodnje oštrica, koja se oslanja na kalupe i ima visoke troškove. Dizajn topološke optimizacije smanjio je težinu odvodnika groma za četrdeset posto i utrostručio efikasnost instalacije. Ova tehnologija može smanjiti troškove održavanja za 20% i značajno poboljšati ukupnu ekonomičnost trajanja opreme za{4}}proizvodnju energije u kontekstu energije vjetra na moru.
3D štampanje metala riješilo je izazovno pitanje obrade mikrokanala do kojeg je teško doći konvencionalnim metodama u evoluciji mikroturbinskih motora. U Za 50mm mikrozračno{3}}hlađenu turbinu kao primjer, debljina stijenke kanala za hlađenje proizvedenog 3D štampanjem je samo 0,3 mm, čime se poboljšava efikasnost hlađenja za 50% i dobija se gustina snage tri puta veća nego kod konvencionalnih dizajna.
Tri dimenzije odražavaju trostruku-vrijednost primjene metalne 3D štampe u energetskom sektoru:
APrema praksama Siemens Energy-a, upotreba opreme je porasla za 200%, dok je ciklus proizvodnje komponenti gorionika napravljenih 3D štampanjem smanjen sa 12 sedmica konvencionalnim metodama na 4 sedmice. Prilagođena proizvodnja lopatica je smanjila ciklus isporuke sa 60 dana na samo 7 dana u sektoru proizvodnje energije vjetra, čime je zadovoljena potražnja za brzim odgovorima na tržištu.
DA direktno smanjenje troškova proizvodnje rezultat je poboljšane upotrebe materijala. U Koristeći lopatice plinske turbine kao primjer, konvencionalne tehnike livenja troše do 30% materijala, dok 3D štampa rezultira gubitkom samo 5% pratećih materijala. U sektoru rada i održavanja energetske opreme, tehnologija 3D štampanja smanjila je vrijeme odziva održavanja na 24 sata i smanjila troškove zaliha rezervnih dijelova za 40%.
Dizajn za optimizaciju topologije povećava površinu odvođenja toplote glave cilindra motora za 80%, što rezultira smanjenjem težine za 66%. U oblasti mikroenergetske opreme, tehnologija 3D štampanja postigla je preciznu proizvodnju mikrokanala na nivou od 0,1 mm, pružajući tako mogućnosti za inovativni dizajn bitnih komponenti, kao što su bipolarne ploče gorivnih ćelija.
Uprkos velikim tehnološkim prednostima, upotreba metalne 3D štampe u energetskom sektoru i dalje predstavlja tri glavne poteškoće.
Ograničena upotreba postojećih metalnih prahova u komponentama visokog{0}}pritiska je zbog toga što je njihova čvrstoća na zamor 15% do 20% niža od one proizvedenih materijala. Ključ napretka je razvoj novih tipova legura, poput specijalnih legura titanijuma napravljenih u proizvodnji laserskih aditiva, koje mogu postići granicu tečenja od 900 MPa ili više.
Optimizacija procesa još uvijek mora prevladati dimenzionalno odstupanje uzrokovano termičkom deformacijom. Upotrebom tehnologije multi-simulacije fizike, Siemens Energy upravlja preciznošću dimenzija glava cilindra do ± 0,05 mm, što je 50% preciznije od onoga što konvencionalne metode dozvoljavaju.
Ne postoji industrijski certifikat za 3D-štampane komponente energetske opreme. EE Uspostavljanje sveobuhvatnog sistema standarda procesa koji uključuje materijale, procedure i testiranje dio je trenutnog puta proboja. Za metalne 3D-štampane komponente, na primjer, njemački VDI 3405 standard je standardizirao postupke ispitivanja performansi na zamor.