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電子行業(yè)要求塑料具備精確定義的屬性,。西門子正在研發(fā)全新技術(shù)以將多種材料組合起來滿足愈發(fā)精準(zhǔn)的需求,。

日常生活中，我們每個(gè)人都會(huì)接觸到塑料,。從牙刷,、圓珠筆，到智能手機(jī),，塑料,，或者專家所說的合成聚合物，無處不在,。日常接觸到的塑料大多性質(zhì)簡(jiǎn)單,，如輕巧、有彈性或堅(jiān)硬,。工業(yè)用塑料,，特別是電氣工程領(lǐng)域使用的塑料，則需要具備更為專門化的屬性,。從透明性和磁性,，到耐高溫性，以及導(dǎo)熱/絕熱性或?qū)щ?絕緣性,，各種屬性要求不一而足,。

有鑒于此，西門子中央研究院（CT）正在研發(fā)創(chuàng)新技術(shù),，以生產(chǎn)具備新屬性的塑料,。舉例來講,，具有規(guī)定的、可再生的導(dǎo)電性能的塑料,，是提升諸如發(fā)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)電機(jī)的效率的關(guān)鍵所在,。對(duì)這種機(jī)器的優(yōu)化也十分重要，因?yàn)檫@將有利于節(jié)能,。

利用粉末定量給料機(jī)械臂可以混合新材料

讓發(fā)電機(jī)更小巧

西門子研發(fā)人員已經(jīng)研發(fā)出諸如懸掛式電暈屏蔽系統(tǒng)和外部電暈防護(hù)系統(tǒng)等電場(chǎng)控制系統(tǒng)。他們借助新型材料實(shí)現(xiàn)了更加高效的電場(chǎng)控制,。這些材料的組成成分包括特別摻雜進(jìn)來的二氧化錫或碳化硅,。材料被嵌入在由樹脂、各種添加劑,、硬化劑,、催化劑和溶劑等組成的聚合物基體中。其成分決定了新型復(fù)合材料的導(dǎo)電性能和電場(chǎng)控制效果,。得益于這一新的發(fā)展,，懸掛式電暈屏蔽系統(tǒng)的長(zhǎng)度可以縮短三分之一，而外部電暈防護(hù)系統(tǒng)的使用壽命可以延長(zhǎng)四倍,。這意味著大型發(fā)電機(jī)可以變得更小巧,，同時(shí)保持發(fā)電量不變，從而節(jié)省銅和絕緣材料,。

混合工藝,，即將各種不同材料組合起來的過程，帶來了更多的可能性,。根據(jù)聚合物基體內(nèi)顆粒物的材料,、大小、形狀和數(shù)量,，研究人員可以確定混合物模具的電氣屬性和可加工性,。通過這種方式，西門子的研究人員能夠研制出具備規(guī)定屬性的材料,，如電機(jī)或變壓器的絕緣材料,。這不僅有助于提高功率密度（即在同等結(jié)構(gòu)體積下實(shí)現(xiàn)更小巧的設(shè)計(jì)和更大功率），還可以降低成本,。

新型材料在投產(chǎn)前需要在坐落于埃爾蘭根的西門子高壓實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行深入測(cè)試,。變壓器使電壓升至70000伏特，并讓電流流過有涂覆層的發(fā)電機(jī)定子線棒,。這個(gè)測(cè)試可以檢測(cè)出發(fā)電機(jī)定子線棒能夠承受極端負(fù)荷的時(shí)長(zhǎng),，從而洞悉它們?cè)谡＿\(yùn)行條件下的使用壽命。

連接不同材料

CT的研究人員不僅對(duì)材料合成物及其屬性感興趣,，他們對(duì)這些材料的結(jié)合方式也很感興趣,。借助名為“放電等離子體燒結(jié)”的工藝,，他們解決了將多種不同粉末壓制成高強(qiáng)度非多孔組件的難題。在這項(xiàng)工藝中,，3000安培,、4伏特的電流將流過粉末板以產(chǎn)生高溫，讓邊界層（即顆粒間的界面）快速變熱,。比之其他工藝,，這縮短了加工時(shí)間，但所生產(chǎn)出的產(chǎn)品擁有堪比同質(zhì)材料的堅(jiān)固性,。

西門子研究人員正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn),，采用放電等離子體燒結(jié)工藝來壓制和焊接材料。

逐層制造

增材制造亦稱3D打印,，利用增材制造工藝來生產(chǎn)金屬組件時(shí),，高溫也發(fā)揮了重要作用。這項(xiàng)技術(shù)將*變革工業(yè)機(jī)械工程所用工藝,。舉例來講,，可以利用激光來加熱鎳合金粉末使之達(dá)到熔點(diǎn)以將微粒熔合到一起，逐層制造出三維結(jié)構(gòu),。

這項(xiàng)工藝的優(yōu)點(diǎn)是,，迄今為止無法制造的復(fù)雜工件或只能費(fèi)力地用多個(gè)單獨(dú)部件裝配而成的復(fù)雜工件，現(xiàn)在可以直接利用3D CAD體積模型制造出來,。例如,，輪機(jī)葉片內(nèi)部錯(cuò)綜復(fù)雜的散熱通道，可以優(yōu)化葉片散熱,。西門子已首次在滿負(fù)荷運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)中,，完成了對(duì)*采用增材制造工藝生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)葉片的測(cè)試。增材制造技術(shù)的另一個(gè)應(yīng)用是維修燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒器噴尖,。得益于此,，現(xiàn)在，相關(guān)維護(hù)過程的用時(shí)僅為過去的十分之一,，成本也減少了約30%,。利用3D打印技術(shù)，相關(guān)人員可以在分散的不同地點(diǎn),，更經(jīng)濟(jì)劃算,、更快速地制造出單個(gè)部件。

激光束打在粉末層上,，產(chǎn)生*溫度和灼熱光芒,。

3D打印清楚地表明，材料與制造工藝密切相關(guān),。因此,，具備復(fù)雜屬性的優(yōu)質(zhì)材料始終是制造單獨(dú)組件的起點(diǎn),。然而，3D打印工藝首先要考慮的是剛度和幾何形狀等產(chǎn)品屬性,。高度發(fā)達(dá)的基于物理模型的仿真工藝讓制造過程可以在虛擬世界中完成測(cè)試和優(yōu)化,，從而在打印開始前就消除錯(cuò)誤。通過這種方式,，相關(guān)人員甚至可以在生產(chǎn)設(shè)備啟動(dòng)前就使材料,、組件設(shè)計(jì)和工藝參數(shù)達(dá)到*契合。只有這樣,，高質(zhì)量粉末材料才能被用于制造外形尺寸精確的組件,，實(shí)現(xiàn)無變形、內(nèi)應(yīng)力最小化和屬性自定義,。