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作為一家為工業(yè)應(yīng)用提供集成軟件和自動(dòng)化解決方案的公司，西門子一直以來(lái)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(lái)，試圖打造成為整個(gè)能源生產(chǎn)鏈的領(lǐng)導(dǎo)者。3D打印將發(fā)揮很重要的作用。

△西門子能源公司生產(chǎn)的一批3D打印零件

早在2020年，西門子就已經(jīng)對(duì)公司結(jié)構(gòu)做出調(diào)整，其全資子公司——西門子能源作為電力傳輸和發(fā)電領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者在法蘭克福證券交易所上市。在強(qiáng)大的材料解決方案加持下，西門子能源除了是世界上先進(jìn)的、金屬、數(shù)字增材制造服務(wù)的領(lǐng)先供應(yīng)商外，同時(shí)也是3D打印技術(shù)最大的采用者之一。

西門子能源公司如今在全球各地運(yùn)行著多達(dá)90臺(tái)工業(yè)金屬3D打印機(jī)：其中大部分用于連續(xù)制造燃?xì)廨啓C(jī)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(fù)責(zé)監(jiān)督新公司的增材生產(chǎn)項(xiàng)目，他介紹說(shuō)："幾乎所有在西門子能源公司使用的打印機(jī)，包括用于內(nèi)部生產(chǎn)的打印機(jī)和用于在材料解決方案公司提供服務(wù)的打印機(jī)，都被用于開發(fā)技術(shù)和生產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用的部件。"

西門子能源公司可能是能源領(lǐng)域最大的3D打印采用者。如果算上所有的增材制造技術(shù)，包括LMD，西門子現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)400種材料的生產(chǎn)。對(duì)于PBF，也就是3D打印中增長(zhǎng)最快的技術(shù)，西門子也有超過(guò)100個(gè)合格的能源行業(yè)應(yīng)用。

這些數(shù)字可能會(huì)挑戰(zhàn)航空航天作為3D打印垂直行業(yè)的領(lǐng)先地位。在批量生產(chǎn)的應(yīng)用方面，到目前為止，只有GE為其GE9X和LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)了大規(guī)模的系列化最終零件應(yīng)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(lǐng)域沒(méi)有出現(xiàn)類似規(guī)模的增材項(xiàng)目。

增材制造設(shè)計(jì)（DfAM）

Seibold證實(shí)說(shuō)："我們現(xiàn)在有數(shù)百個(gè)集成在SAP系統(tǒng)中的3D打印零件，當(dāng)它們被訂購(gòu)時(shí)，它們會(huì)直接被送到3D打印機(jī)。我們這樣做已經(jīng)有十多年了，過(guò)去習(xí)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?xì)廨啓C(jī)的3D打印燃?xì)馊紵?/section>

西門子能源公司正在成為一個(gè)主要用戶，致力于推動(dòng)增材制造的應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，Seibold已經(jīng)實(shí)施了三個(gè)戰(zhàn)略方向。首先是繼續(xù)投資于了解該技術(shù)的潛力，這意味著技術(shù)發(fā)展和學(xué)習(xí)如何為3D打印工藝設(shè)計(jì)。在Seibold的指導(dǎo)下，公司已經(jīng)建立了一個(gè)由30多名工程師組成的團(tuán)隊(duì)，他們分布在不同的地方，全身心地投入于實(shí)施DfAM。他說(shuō)："我們?cè)谌昵皼Q定，3D打印部件的唯一獲取途徑是要來(lái)自內(nèi)部專門設(shè)計(jì)的人。許多公司都在談?wù)撨^(guò)渡到3D打印所需的教育和工具，但他們往往不完全了解實(shí)施所需的條件。西門子能源公司在DfAM中還專門針對(duì)傳熱工程師和機(jī)械工程師設(shè)立30個(gè)新職位，并從內(nèi)部選拔30人轉(zhuǎn)崗到3D打印設(shè)計(jì)。"

西門子能源公司3D打印戰(zhàn)略的第二個(gè)階段是讓越來(lái)越多的DfAM部件能夠通過(guò)3D打印生產(chǎn)。今天，該公司有100個(gè)零件是通過(guò)PBF生產(chǎn)的，未來(lái)總共有400個(gè)合格的零件將通過(guò)增材制造進(jìn)行批量生產(chǎn)。即使是PBF部件也都是批量制造，有些生產(chǎn)數(shù)量較少，但有些已經(jīng)達(dá)到了每年幾千件的數(shù)量，西門子現(xiàn)在的目標(biāo)是達(dá)到1000個(gè)以上的合格應(yīng)用。

西門子能源公司戰(zhàn)略的這一部分側(cè)重于材料解決方案作為一個(gè)獨(dú)立的3D打印服務(wù)提供商運(yùn)作。因此，它是Oerlikon、Morf3D、Sintavia或BEAMIT等其他服務(wù)提供商的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。材料解決方案的收入在外包制造服務(wù)和專門為西門子能源應(yīng)用提供的服務(wù)之間平分秋色。

Seibold解釋說(shuō)："我們認(rèn)為，有這么多的挑戰(zhàn)需要我們?nèi)ソ鉀Q，我們應(yīng)該和其他人一起解決。通過(guò)材料解決方案，我們正在學(xué)習(xí)如何推動(dòng)創(chuàng)新，同時(shí)開發(fā)技術(shù)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(guān)系，利用材料解決方案來(lái)推動(dòng)技術(shù)發(fā)展。材料解決方案是創(chuàng)新的催化劑，因?yàn)槲覀兿嘈?，要認(rèn)真發(fā)揮3D打印行業(yè)的作用，你需要接觸到多個(gè)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(yàn)證了第一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)葉片

通往”千級(jí)“合格3D打印零件的道路

第三個(gè)因素，也是為了將3D打印應(yīng)用的數(shù)量擴(kuò)大到1000個(gè)以上的目標(biāo)，是開始與外部供應(yīng)鏈合作，以便能夠應(yīng)對(duì)大批量生產(chǎn)。前兩個(gè)步驟是基于內(nèi)部能力，在Seibold定義的 "制造"戰(zhàn)略中，這第三個(gè)方面是基于與外部供應(yīng)商的合作優(yōu)化，而這正是諸如可重復(fù)性和標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題變得更加緊迫的地方。

他說(shuō)："要從制造100個(gè)合格零件跨越到超過(guò)1000個(gè)，我們將需要額外的100臺(tái)打印機(jī)，而我們不會(huì)自己投資到100臺(tái)新增的打印機(jī)，至少在短期內(nèi)不會(huì)。對(duì)于那些有著獨(dú)特技術(shù)主張的部件，會(huì)繼續(xù)在內(nèi)部完成生產(chǎn)，畢竟我們也將希望在內(nèi)部保留一些制造知識(shí)產(chǎn)權(quán)。但是對(duì)于即將到來(lái)的大批量部件制造，我們將去找一個(gè)外協(xié)的增材制造供應(yīng)商。"

一直以來(lái)，許多從事3D打印的公司，包括那些已經(jīng)內(nèi)化了多種3D打印工藝的公司，都在嘗試為需求實(shí)施供應(yīng)鏈解決方案，同時(shí)這也為增材制造帶來(lái)了許多新的挑和機(jī)會(huì)。

Seibold同意這一點(diǎn)："3D打印是一種獨(dú)特的技術(shù)，可以讓你創(chuàng)造出傳統(tǒng)方式無(wú)法做到的幾何形狀。但是，當(dāng)我們把它運(yùn)用成熟時(shí)，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(wù)供應(yīng)商來(lái)打印零件。一旦有了應(yīng)用，現(xiàn)有的零部件供應(yīng)商將越來(lái)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(gòu)層面。我們正在爭(zhēng)論是否應(yīng)該以傳統(tǒng)的方式進(jìn)行采購(gòu)，即我們向四五家不同的公司咨詢以獲得價(jià)格并選擇其中一家。但我們也在考慮以更創(chuàng)新的方式進(jìn)行，通過(guò)實(shí)施數(shù)字平臺(tái)商業(yè)模式：一個(gè)你去匯總零件需求的地方，然后自動(dòng)將其發(fā)送給有產(chǎn)能生產(chǎn)它的人。"

作為偏向于數(shù)字化的制造技術(shù)，3D打印非常適合這種模式，因?yàn)?D打印機(jī)的連接性更強(qiáng)，可用的零件數(shù)據(jù)也比以前多。許多3D打印服務(wù)提供商已經(jīng)創(chuàng)建了網(wǎng)絡(luò)，將3D打印能力結(jié)合到世界各地的實(shí)體工廠中，使不同的大型生產(chǎn)服務(wù)提供商與需要制造零件的公司聯(lián)系起來(lái)。但是，這真的能實(shí)現(xiàn)在許多不同的供應(yīng)商之間生產(chǎn)相同的、可重復(fù)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(rèn)："今天，3D打印是不可重復(fù)的，甚至在同一臺(tái)機(jī)器上，在同一零件上，在同一工作中也是不可重復(fù)的。我們沒(méi)有推動(dòng)批量生產(chǎn)的應(yīng)用，技術(shù)也不支持它。但這將會(huì)得到解決"。

同時(shí)，他還指出，增材制造將繼續(xù)提供獨(dú)特的機(jī)會(huì)，作為一種新的、額外的技術(shù)，沒(méi)有既定的遺產(chǎn)，因此沒(méi)有現(xiàn)成的制造工藝。在未來(lái)三年內(nèi)，增材制造的供應(yīng)鏈將自由發(fā)展。Seibold總結(jié)說(shuō)："我們?yōu)?025年以后許下了一個(gè)新的愿景——那時(shí)我們將有應(yīng)用，我們將有數(shù)量，我們將有許多不同的機(jī)器。可以肯定的是，這個(gè)過(guò)程已經(jīng)在進(jìn)行了。如今的西門子能源是EOS技術(shù)的主要用戶，在2008年購(gòu)買了第一批EOS打印機(jī)之一。這項(xiàng)技術(shù)目前正在優(yōu)化，以滿足大多數(shù)批量生產(chǎn)的需要，而現(xiàn)在正在為特定的應(yīng)用引入新的技術(shù)。隨著時(shí)間的推移，你在某種基礎(chǔ)技術(shù)上發(fā)展你的工藝和材料數(shù)據(jù)庫(kù)。如果你改變了你的機(jī)器，或者制造工藝，你很可能要重新驗(yàn)證一些材料數(shù)據(jù)。我們知道EOS機(jī)器如何工作，基于這種設(shè)計(jì)和理解，對(duì)我們的工藝和材料進(jìn)行了鑒定。同時(shí)，我們希望保持工藝的穩(wěn)定，因?yàn)檫@將增加另一個(gè)變量。"

據(jù)悉，西門子能源一些為特定應(yīng)用引進(jìn)了包括雷尼紹和TRUMPF系統(tǒng)在內(nèi)的一系列新機(jī)器。在Materials Solutions，他們現(xiàn)在已經(jīng)選擇了雷尼紹系統(tǒng)，以提高小型零件應(yīng)用的產(chǎn)能。在柏林，西門子能源現(xiàn)在有一個(gè)Trumpf 5000系統(tǒng)，正在測(cè)試其工業(yè)可靠性和能力。這是一個(gè)持續(xù)、長(zhǎng)期的過(guò)程。當(dāng)他們需要新技術(shù)時(shí)，無(wú)論是新材料、新應(yīng)用還是更大的建造，都會(huì)首先對(duì)整個(gè)行業(yè)內(nèi)目前所能提供的東西進(jìn)行評(píng)估。如果有適合某個(gè)特定的零件系列的機(jī)器，他們就在這個(gè)平臺(tái)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(jīng)越走越寬，他們這種“不拘一家之言“的包容性，為3D打印的產(chǎn)業(yè)化拓寬了新的道路?？梢韵胂?，如果沒(méi)有巨頭的推動(dòng)，3D打印將永遠(yuǎn)停留在一個(gè)”水坑”般的僵局中，而無(wú)法匯入制造業(yè)的“海洋”發(fā)揮其價(jià)值創(chuàng)造的潛力。

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西門子能源：金屬3D打印產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)導(dǎo)者，已生產(chǎn)100項(xiàng)零件