Hyliion采用增材制造技术加快发电机商业化，助力终端用户按需发电

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2025年12月15日，Hyliion公司正致力于开发一种能够实现本土化生产所需电力的解决方案，方案以增材制造为主要生产技术。Hyliion的核心产品名为KarnoPower Module，这是一款独立式发电机，尺寸与皮卡车厢相仿，可在用电点产生高达200千瓦的电力。这足以让像家得宝这样的大型超市完全脱离电网，全天候不间断供电。Karno Power Module并非应急或备用发电机，而是旨在成为主要的、持续的电源，能够精准地在需要的地方发电，并且比传统电网成本更低、效率更高。

电力生产技术公司Hyliion的创始人兼首席执行官托马斯·希利表示：“目前的模式是大型集中式发电厂向所有终端用户输送电力，而美国60%的输电线路已经达到或超过了使用寿命。我们的愿景是推进这些终端用户直接在当地生产所需的电力。”

△Hyliion的 Karno 功率模块的核心是 Karno 核心，它由四个同步轴组成，这些同步轴采用 3D 打印金属部件，可提供高效利用热能发电所需的散热性能。来源：Hyliion

卡诺发电机背后的技术理念源于两个世纪前，如今得益于基础制造技术的进步，才得以变为现实金属增材制造技术提供了释放发电机性能的关键部件，使其不仅比标准电网电力更高效，而且从根本上实现了商业可行性。

通往新型发电机技术的道路

Hyliion成立于2015年，旨在开发用于更可持续交通的电动半挂卡车。该公司于2022年从GE Additive收购了Karno技术，最初计划将其作为第二代动力系统，用于一系列可使用多种燃料的“超级卡车”。但两年前，Hyliion调整了发展方向，放弃了卡车运输业务，转而专注于将Karno技术开发为一款独立的、面向发电市场的主要产品。卡诺动力模块是 Hyliion 的旗舰产品，它是一种四轴线性发电机系统。它利用外部反应堆（或其他热源）中燃料氧化产生的热量来发电，从而带动密封腔室内的线性活塞系统往复运动。

△Hyliion创始人兼首席执行官Thomas Healy展示了现有工厂的模型，图中绿色部分为现有设备，白色部分为即将投入使用的设备。来源：增材制造媒体

这项技术基于斯特林发动机，这是罗伯特·斯特林200多年前发明的一种发动机设计，它利用气体的循环膨胀和收缩来驱动发动机。尽管斯特林发动机在过去两个世纪中得到了有限的应用，但热交换器制造方面的困难限制了设计的实用性，也制约了效率。希利说：“传统的斯特林发动机的发电效率可能只有20%到30%。，我们正在将效率提高到50%，这主要归功于增材制造技术。”

增材制造发电机核心部件

在每个轴组件中，七个主要金属部件中有六个采用激光粉末床熔融（LPBF）技术制造。这种金属3D打印技术能够制造出高度复杂且高效的热交换器，使卡诺电站的电力成本更低，效率比传统电网高出15%。简单来说，它的工作原理如下：轴组件一端的反应堆氧化燃料，加热相邻独立腔室中的氦气。氦气膨胀时，推动活塞及连接轴向组件的另一端运动。在直线活塞轴的另一侧，类似的反应推动活塞往复运动。随着轴往复运动，安装在活塞轴上的永磁体沿直线穿过一系列铜线圈，从而产生电力。

多余的热量被储存在系统中，并通过热电池有效地重新利用。热电池是增材制造的关键组件，使 Karno 功率模块能够实现高效率。这种设计带来了几个显著的优点：

(1) 燃料灵活性。卡诺动力模块是一种带有外部反应堆（而非内燃机）的热机，这意味着具体的燃料来源并不重要。“只要燃料能够发生反应并产生热量，我们就能使用它，”希利说道。这项技术已经过多种燃料的测试，包括天然气、丙烷、柴油、氢气和煤油，使用户能够选择最方便的燃料基础设施。它甚至可以使用火炬气或其他受污染的燃料。

(2) 减少排放。发电机的反应器采用了一种名为“无焰氧化”的技术，这是一种超高效、低排放的燃料反应制热方式。燃料在较低温度下氧化，反应更充分，从而降低氮氧化物和一氧化碳的排放水平。

(3) 维护成本低。活塞轴采用气体轴承浮动，无需润滑，线性电机组件完全密封，与外部燃料氧化隔绝，因此不会受到污染。“密封腔内唯一传递的物质是热量，”希利说道，“这让我们不必担心O型圈和活塞被积碳堵塞，因为燃料或氧化副产物根本不会进入其中。”

提升生产能力

自两年前转型进入发电领域以来，Hyliion一直在位于俄亥俄州辛辛那提的研发中心持续开发Karno功率模块和增材制造工艺。与此同时，这家公司一直在改造位于德克萨斯州锡达帕克的工厂，用于大规模增材制造和模块组装。由于卡诺技术的起源和历史与通用电气（GE）密切相关，Hyliion 完全是一家Colibrium（GE Additive 的新名称）工厂。在2024年9月，Hyliion公司已经引进了约二十几台激光粉末床熔融设备打印钴铬合金和铝合金高温合金，并预计近期还将收到更多设备。

具体型号包括双激光400瓦M2（成型尺寸245 x 245 x 350毫米）、四激光1000瓦M Line（500 x 500 x 400毫米）和双激光1000瓦X Line（800 x400 x 500毫米）三种机型。Hyliion公司增材制造技术专家Joe Davis表示，每种机型都有独特的优势和劣势。

Healy说道：“M2系列拥有最佳的光学系统。我们用它们来打印细节极其精细的零件。例如前面提到的热电池。与此同时，X系列机器虽然细节要求不高，但配备了功率更高的激光器，生产效率更高，并且拥有更大的打印空间，可以容纳多个零件，例如冷却器。M系列3D打印机拥有最多的激光器，将成为主要的生产设备，一次可以打印四个反应堆等较高的零件。M系列和X系列机器的另一个优势是可更换的打印模块，操作人员可以在打印下一个模块的同时，卸载并清理上一个模块的粉末。”

Healy 表示，虽然增材制造是Karno 动力模块的关键推动因素，但它也是决定尺寸和输出的关键因素。他说道：“如果尺寸再大一毫米，M系列打印机就无法一次打印四个零件，而M2系列打印机则无法打印完整的零件。在某些情况下，打印零件时必须达到机器的绝对极限，这决定了活塞组件的尺寸，进而决定了每个轴组件50千瓦的输出功率。“

3D打印部件会使用Solukon公司的系统以及Hyliion公司为复杂部件开发的专有技术进行进一步的除粉处理。Healy表示，后处理几乎是所有部件的难题，但对最佳技术的投入使得公司能够“解锁”更多部件的功能，这些部件现在更加复杂，因为可以有效地去除粉末。最终加工由外部加工厂完成，然后部件被运回Cedar Park进行组装，最终制成成品。

虽然德克萨斯州的生产基地主要以金属3D打印和发电机组装为主，但值得注意的是，卡诺系统的其他重要部件也在这里生产。Hyliion公司在这里自行生产线性电机，并用采购的钛酸锂电池组装电池组——这并非出于自愿，而是迫于无奈。

Healy表示：“如果能买到这样的电池当然很好，但市面上没有其他厂家生产这种电池。由于采取了选择性的垂直整合策略，卡诺功率模块的大部分部件都在同一地点生产。而且，随着发电机销售的正式启动，海利昂公司也做好了扩大生产规模的准备。

按需分布式电源
Hyliion公司于2025年初开始对Karno功率模块进行现场试验，并此前宣布目标是在年底前交付10个模块。该公司计划于2026年正式启动商业化生产，并开始向客户交付模块。Healy表示：“我们已经收到了近500份不具约束力的意向书。”早期客户将包括数据中心、电动汽车充电站、大型工业用户的常用电源以及移动解决方案提供商。他们还被美国海军选为无人水面舰艇（USV）的动力装置供应商，这些舰艇需要高效、低维护的电力。

Hyliion已将目光投向了除预计明年上市的200千瓦功率模块之外的新产品。Healy说道：“目前，我们还在研发一款2兆瓦的型号，这款产品主要面向工商业和石油天然气行业。这款多兆瓦系统将多个轴组件集成到一个更大的发电机中，并将其安装在一个类似集装箱的外壳内。我们最近宣布，一家数据中心公司与我们签署了一份意向书，拟采购高达70兆瓦的电力。一旦签署最终协议，我们将需要35个这样的配电箱。”

展望未来，希利认为低功率发电机也存在潜在需求。功率在20至25千瓦的发电机可能适用于非商业用户和各种军事应用。此外，卡诺功率模块还有可能与可再生能源和其他类型的能源集成。Healy说：“这项技术确实具有赋能意义，因为它不依赖特定燃料。例如，我们可以利用核能。我们只需要热能。”

随着电力需求的增长，寻找更多高效的发电方式将成为当务之急。Hyliion 认为自身具备优势，能够助力构建一个分散化程度更高、更具韧性的电网。Healy说道：“大家都认同，人工智能和数据中心会消耗更多电力。要么我们得建造大型发电厂，然后铺设输电线路，要么我们就需要分布式能源模式。就像每个设施都在室外安装空调机组一样，我们希望它们也能配备这样的发电模块，自行发电。”