无支持功能可以减少80％的构建时间。

虽然可能需要数百个零件来构建发电设备，但仍有关键任务组件可以确定整个系统的性能。这些高度优化的零件中的许多可能很难制造，并提出了高科技公司面临的一些最大的工程挑战。通常必须在性能，可用性，数量，质量和成本之间进行权衡。

休斯敦Hanwha Power Systems的高级工程师Chad Robertson（（Hanwhapowersystems.com），韩国Hanwha Group的一部分，他的团队正在使用SuperClitical Co开发高效发电系统的涡轮机械。₂（S-CO₂）作为重新压缩周期（RCBC）中的工作流体。对周期的热输入将从集中的太阳能阵列传递。太阳能项目部分得到了能源部能源效率和可再生能源办公室的支持（华盛顿）（能源），最终目标是将此设备用于集中摩尔电源工厂。

S-CO₂用于太阳能项目的是二氧化碳的流体状态，其临界压力和温度高于其临界压力和温度。在这些条件下，流体非常致密，导致紧凑的机械和最佳的热力学循环条件，与蒸汽兰氨基周期相比，与热能能量转换效率提高。整个系统通过将热量从大太阳能阵列转移到工作流体（CO）来起作用（CO₂）通过一系列径向扩展器引导以提取功率。最终扩展器连接到驱动发电机的变速箱和完成电动周期并向电网传递电力所需的各种其他压缩机。

罗伯逊说：“这种系统中的温度和压力需要很高。”“我们的最佳效率目标促使我们设计了笼罩的涡轮轮或叶轮，在该涡轮机轮的顶部和底部覆盖了工作流体的流动路径。这消除了叶轮和外壳之间的任何差距，从而降低了车轮效率。”

Hanwha团队评估了制造新组件的几种潜在制造技术。罗伯逊说：“这些笼罩的叶轮是一项重大的制造挑战，甚至是传统上。”“几何形状非常复杂，因为封闭的，清扫的叶片是一个不容易定义的三维形状，我们使用的高温镍合金难以机械化。”

考虑到这些限制，该团队审查并拒绝了传统技术，例如五轴铣削或精确投资铸造，以确定成本和准确性的障碍。例如，使用传统的制造，笼罩的车轮将采取多个步骤来制造。开放的叶轮和裹尸布必须单独生产，然后腌制，粘结具有弱点或变形的潜力。

添加剂制造

决定探索添加剂制造（AM，又名3D打印），作为简化整个过程的更直接路线。这项技术提供了一个机会，可以更快地迭代，完善设计，提高性能并优化功能。

Hanwha之前曾与加利福尼亚州瓦伦西亚的Stratasys Direct Manufacturing合作（（（stratasysdirect.com），是一个针对浮游生的原型测试构建的加法制造服务局/合同制造商。罗伯逊解释说：“我们正在寻找一个可以为我们提供交钥匙部分的添加剂供应商。”“我们想提供设计规范，材料需求，然后取回一件成品，我们基本上可以放在机器上。”

Stratasys Direct应对挑战。Stratasys Direct的高级流程和制造工程师Andrew Carter说：“使我们能够接受这个浮起的涡轮机项目是我们所说的下一代添加剂制造系统。”“我们发现了新的Velo^3D蓝宝石系统极大地改善了这一过程，并独自一人进入了下一代类别。”

在拥有Velo之前^3D卡特说，蓝宝石，Stratasys Direct不会在Hanwha的一部分上出价。“以前与其他AM设备供应商的项目向我们表明，在其机器上成功打印所需的所有必要支撑结构的拆卸和清理都是劳动密集型，昂贵的，并且在某些部分基本上是不可能的。”

With the Sapphire metal AM system, however, the need for supports is greatly reduced—if not entirely eliminated—due to the printer’s ability to overcome the “45-degree rule,” which dictates that angles less than that require additional vertical supports to hold up portions of a part during printing. By using the VELO^3D系统性化制造已浮出的叶轮的系统，Stratasys Direct能够大大减少所使用的材料总量以及系统所需的打印支架所需的表面积。

工程师将用常规AM支持要求创建的Hanwha组件设计与蓝宝石所要求的内容进行了比较。对于传统的AM打印机，他们对所有表面的支撑都小于45度。从水平。在Velo上^3D打印机，他们只需要在小于10度的表面上添加支撑。从水平。（自那以后，Stratasys Direct已改善了与蓝宝石的过程，现在可以在某些应用程序中一直打印到零度。）在进一步改进之后，Hanwha的设计差异很大，这是巨大的 - 支持材料的100％降低了。

卡特指出，较少的材料以多种方式可节省大量。他说：“除了向我们的客户总体上降低材料成本外，需要更少的支持还消除了许多后处理工作。”“从长远来看，这将有助于减少商店地板上的劳动时间和费用。”

微调

蓝宝石还允许Directys Directy以极高的精度为该叶轮打印高温镍合金（718）。“由于一致性，我们从Velo中获得^3D系统，我们最终在构建板上取得了近网状的一部分，在后处理方式上所需的较少需要。”

减少构建时间是使用下一代AM系统的另一个好处。打印机具有两个1 kW激光器，其完整的构建板覆盖率与小于50 µm的覆盖耐受性对齐。这意味着每个激光器都有能力到达构建板上的任何地方并提供全千瓦的电力（用于散装金属处理）。激光器还可以在诸如Hanwha叶轮等较大零件上创建一个几乎不可见的重叠。加上从支撑材料生产较少的支撑材料中节省的时间，高功率激光器可以减少80％的整体打印时间。

零件质量

确保Hanwha涡轮轮的声音机械性能对于测试程序向前移动非常重要。在测试过程中和高温环境中，车轮将在大于14,000 rpm的旋转中旋转，因此对涡轮机的材料特性充分了解至关重要。作为该项目的一部分，Stratasys直接打印的测试样品并与涡轮机一起进行热处理，以测量拉伸和应力破裂特性。

ASTM F3055-14为镍合金718的添加剂制造提供了一般规范。测量的拉伸结果均超过ASTM F3055最低要求。还审查了测试样品的化学成分并满足ASTM要求。

“离心叶轮轮式原型Stratasys Direct用Velo的Sapphire Machine为我们制造了Stratasys Direct^3D罗伯逊总结说，肯定增加了我们对添加剂制造的兴趣。“它为我们的团队开放了设计自由，并引发了重新努力，以更好地量化加上制造零件的材料属性和能力。最先进的3D打印和专家项目管理的结合确实使不可能成为可能。”EP

在stratasysdirect.com和velo3d.com。