未知能源巨头放弃铺粉：电弧3D打印生产超1000件涡轮叶片！

在传统制造领域，当你需要一组定制化的大型涡轮叶片时，会面临一个我困境：要么接受长达数月的交货期，要么忍受高达70%的材料浪费与飙升的加工成本。这个痛点正被WAAM（Wire Arc Additive Manufacturing，金属丝弧增材制造）的技术颠覆。

AM易道独家获悉，一家能源巨头在面临零部件长期断供的危机时，转向了德国柏林的Gefertec公司寻求解决方案。至于为什么没有选择LPBF技术，尚不可知，但文末AM易道有讨论这一点。

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借助WAAM技术，他们成功将涡轮叶片的交付时间缩短了75%，材料浪费从70%降至仅20%，并实现了供应链的完全自主可控。截至2025年3月，这一技术已帮助该能源公司生产了超过1000件涡轮叶片，实现了24小时不间断的三班制批量生产。在AM易道的这篇深度长文中，我们将探索WAAM技术如何通过将传统电弧焊接与数字制造原理相结合，正在重塑能源和其他关键行业的制造模式，以及Gefertec公司的高价值案例。

能源行业的典范应用：涡轮叶片的制造突破

蒸汽涡轮机是能源生产的核心设备，其应用范围从热电联产厂到生物质发电站，再到大型太阳能热电站。根据应用场景的不同，涡轮机的尺寸从小型车辆大小到长达20米、重达数百吨的庞然大物不等。

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这种高度定制化的特性使得生产规划异常复杂，库存管理也面临巨大挑战。

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对于涡轮叶片这一关键部件，传统制造方法依赖从中国采购的板材，然后通过机械加工成形。然而，全球供应链紧张导致原材料交付周期延长至数月之久，与客户要求的短交期形成了尖锐矛盾。

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更糟糕的是，由于叶片的扭曲结构，从板材加工成最终产品时，高达70%的材料会被切削掉，不仅成本高昂，还导致加工时间延长和刀具磨损加剧。

解决方案：WAAM技术的精准应用

面对这些挑战，Gefertec的客户于2018年开始考虑使用增材制造技术生产300-700毫米长的定子叶片。客户最初考虑的是粉末床熔融(PBF)技术，但初期投资高、制造速度慢意味着难以实现预期的成本节约。经过仔细评估，客户最终选择了Gefertec的WAAM技术。这一技术使用高合金、耐热的1.2毫米钢丝作为原材料，这种原材料市场供应充足，彻底消除了机加工中常见的长交付周期问题。

效率与质量的双重突破

Gefertec表示，全面实施的批量生产带来了明显的收益。加工体积从70%降低到仅约20%，客户实现了约15%的成本节约（归功于材料消耗减少和铣削时间缩短），交付时间更是减少了高达75%。

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在批量生产中，每次操作可同时制造9或16个涡轮叶片，这不仅优化了WAAM设备的产能利用率，还消除了顶层冷却的闲置时间。截至2025年3月，该涡轮制造商已经使用这台设备生产了超过1000个涡轮叶片。生产采用24小时三班制运行，过程基本实现自动化。虽然从最初概念到资格认证再到批量生产的旅程漫长，但Gefertec报告称，涡轮制造商现已完全确信WAAM技术适用于批量生产。目前，这家蒸汽涡轮制造商正与Gefertec密切合作，进一步完善设备。研发重点包括提高自动化水平（如无需操作员干预的接触管自动更换）和增加用于质量保证的原位传感器。未来研究预计将探索增材制造技术带来的新设计机会，并将其融入新产品中。

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Gefertec的技术优势

Gefertec的3DMP技术整合了WAAM技术、CAM软件和机床工具，打造了一站式增材制造解决方案。设备提供三轴和五轴配置，并有多种尺寸选项。最大型号拥有8立方米的建造体积，能够生产重达8000千克的组件。

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所有设备都采用与传统机床类似的西门子控制系统。专用CAM软件将CAD数据转换为精确控制焊接头定位的指令，实现近净成形组件的自动化制造。与竞争对手不同，Gefertec专注于使用CNC控制的线性轴，而非机器人系统。这一技术选择确保了在整个建造体积内保持高重复定位精度、高定位精度、高路径重复精度和高路径精度，这对于批量生产至关重要。Gefertec的设备提供三轴和五轴两种配置，适应不同的制造需求：三轴配置：最大组件尺寸可达2×2×2米，最大组件重量8000公斤，适合大型结构件的制造

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五轴配置：最大组件尺寸为直径0.9×高1.4米，最大组件重量500公斤，特别适合复杂几何形状的精密部件制造

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在自动化方面，Gefertec的工具包包括自动接触管更换、喷嘴清洁、工具测量和切丝功能，显著减少了因点火错误而需要人工干预的情况。

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此外，其系统整合了设备状态的所有信息，可在设备本身或网络中的计算机上访问，提供全面的生产监控能力。

Gefertec业务规模与市场份额

AM易道独家了解到，Gefertec可能是目前在WAAM系统全球市场中占据最大份额，而不是其他几家我们熟知的DED公司。

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从行业应用来看，Gefertec的客户遍布工模具制造、机械和工厂工程、能源行业、海事应用、航空航天、压力容器制造和铁路行业等关键领域，体现了其技术的广泛适应性。

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AM易道试图整理分享其应用案例。

航空航天：

航空航天行业对WAAM技术表现出浓厚兴趣，特别是用于大型结构组件的制造。以空客为例，该公司采用WAAM技术制造钛合金(Ti6Al4V)紧急出口舱门组件，将原始1.3吨的材料块仅用45公斤打印材料即可完成，大幅减轻了部件重量同时保持结构完整性。

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传统上，这类组件要么使用钛合金（轻便但材料成本高），要么使用复合材料（铝和碳纤维，但装配复杂）。WAAM技术提供了一种平衡方案，使用相对经济的钛合金线材，通过增材制造实现轻量化设计，同时简化装配流程。

铁路工业

德国铁路(Deutsche Bahn)和阿尔斯通(Alstom)等铁路巨头已将WAAM技术应用于关键运动部件的制造。

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例如，使用WAAM技术生产的高速列车二级侧向止动器（用于确保列车在急转弯中的安全通行）解决了备件需求的痛点问题。

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对于依赖大量定制化金属部件的铁路行业，这种技术提供了前所未有的灵活性和供应链弹性。

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海事应用

某欧洲海事巨头利用WAAM技术制造螺旋桨等关键组件。

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在一个标志性项目中，使用316L不锈钢和CuAl7青铜丝材生产的推进器展现了WAAM技术在复杂几何形状和耐腐蚀材料方面的优势。

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对于船舶维修和升级，WAAM技术意味着可以在需要时现场制造替换部件，大幅减少停机时间。而对于新船设计，通过WAAM技术制造的定制化推进系统组件可以根据特定性能需求进行快速迭代和优化。

工具与模具制造

在工具和模具制造领域，WAAM技术带来了变革，特别是用于热成形模具的生产。传统上，冷却通道是通过钻孔实现的，无法精确跟随模具表面的自由形状。而使用WAAM技术，冷却通道可以按照优化的路径设计，大幅提高冷却效率。

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一个案例显示，使用WAAM技术制造的热成形模具实现了多材料结构（316不锈钢和343工具钢的组合），既解决了冷却效率问题，又延长了模具寿命。更重要的是，这种方法将整个工具的零件数量从多个减少到一个，大幅简化了制造和维护流程。

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这些应用案例共同展示了WAAM技术在解决传统制造痛点方面的巨大潜力，特别是在减少材料浪费、缩短交付时间、实现供应链独立和优化产品性能等方面。

未来发展方向：多工艺、自动化与人工智能集成

多工艺集成系统是主要发展方向之一。虽然WAAM技术在近净成形制造方面表现出色，但后序加工仍然不可避免。

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未来的发展趋势是将WAAM与传统减材制造(如铣削)集成到单一系统中，实现一站式制造。随着技术的进一步发展，我们可以期待更加紧密的工艺集成，包括实时监测、热处理、表面处理等一系列工序的无缝衔接。Gefertec及其客户正致力于提高WAAM系统的自动化水平，包括开发完全自动化的触管更换系统，无需操作员干预。这只是自动化发展的开始。AM易道认为，未来WAAM系统将更深入地集成人工智能技术，用于实时质量监控、工艺参数自适应调整以及预测性维护。

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这些技术将不仅提高生产效率，还将显著降低对操作技能的依赖，进一步普及WAAM技术在工业环境中的应用。

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另外随着WAAM技术的成熟，专门针对这一制造方法的设计方法论正在形成。传统设计往往受限于传统制造工艺的约束，而WAAM技术提供的设计自由度需要全新的设计思维。据悉，Gefertec的涡轮制造商客户已经开始探索WAAM技术带来的新设计机会，并计划将其融入新产品中。

AM易道最后聊两句

随着WAAM技术走向产业化成熟，我们正站在金属制造业数字化转型的重要拐点。从能源行业的涡轮叶片到航空航天的结构组件，从铁路车辆的关键零部件到船舶的推进系统，WAAM技术正以其独特的优势重塑多个行业的制造范式。Gefertec的涡轮叶片制造案例向我们展示了这一未来的雏形：超过1000件涡轮叶片的批量生产，75%的交付时间缩短，70%的材料浪费减少，昭示了制造业可持续发展的新方向。在文章开头时，AM易道提到客户没有选择LPBF生产这1000个叶片，不禁让我们思考：
随着LPBF设备不断大型化，成本降低，它是否会蚕食WAAM的市场空间？或者两者会形成互补关系，各自专注于不同应用场景？我们是否会看到这两种技术的融合，比如在同一工作流程中结合WAAM的高沉积率和LPBF的高精度？

25-03-05 10:02

反对

AM易道

读懂3D打印卓越与演变之道

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