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3D打印的革命:這個部件的核心部分只有核桃般大小,卻改變了GE制造航空發動機的方式

行業資訊 | 2020-02-10 82

3D打印的革命:這個部件的核心部分只有核桃般大小,卻改變了GE制造航空發動機的方式

 

燃油噴嘴是飛機發動機中一個不起眼的小部件。它像一個戳在兩個粗短支架上的水龍頭,一只手就可以握住。但把這個小零件造好,卻要用上GE歷史上最具顛覆性的技術之一——3D打?。ㄓ置霾闹圃欤?。


用3D打印這么先進的技術,來造這么小的零件,這要從10年前說起。當時,CFM國際公司(GE與法國賽峰飛機發動機公司的平股合資公司)正在研發LEAP發動機,希望它可以減少排放,降低燃油消耗。項目進行過程中,時任GE航空工程負責人的Mohammad Ehteshami意識到,燃油噴嘴頭內,迷宮一般復雜的流道將燃油與空氣高效混合,可以幫助發動機實現優越的性能。而LEAP項目的成敗,很大程度上取決于燃油噴嘴的好壞。
為了設計出優質的燃油噴嘴,Ehteshami組建了一支由頂尖工程師組成的團隊攻克這一難題。當時年僅28歲的Josh Mook因為在葉片領域的出色表現,獲得了Ehteshami的青睞,于是也加入到了這個團隊。很快,Mook就和同事們設計出了一種理想的燃油噴嘴頂部結構。這個結構最終只有核桃般大小,里面卻有14條精密的流體通道。


Josh Mook站在LEAP發動機旁邊


這個設計雖然精妙,但它太過復雜,幾乎造不出來。Ehteshami后來回憶道:“我們通過傳統的制造加工方式嘗試了8次,但每次都失敗了?!?br />
傳統方法并不能解決的問題,但3D打印卻說不定可以。3D打印機就像一支激光筆一樣,根據電腦繪圖,一層一層地將細金屬粉末熔融成最終形狀。這正適合燃油噴嘴這樣復雜精密部件的制造。此外,3D打印所產生的廢料也比傳統生產方法少很多。


3D打印機像激光筆一樣,一層一層地將細金屬粉末熔融成最終形狀


雖然3D打印優勢頗多,但當時GE航空只將它用于原型試制,還從未在商業化零件中使用過,更不要說為整個民航機隊生產部件了。
Mook又與3D打印的先驅人物Greg Morris密切合作,對一批常規3D打印機進行重新設計,使之符合燃油噴嘴的參數要求。通過這種方法生產出的新噴嘴,不再像原來一樣,它是一個精密的整體,需要將20個部件焊接在一起。這個新噴嘴重量比上一代輕25%,耐用度是上一代的5倍,成本效益比上一

代高30%。Morris的公司最終也被GE收購。

3D打印的燃油噴嘴


這還沒完。為了保證LEAP項目按時完成,及時獲得聯邦航空管理局(Federal Aviation Administration)的認證,GE團隊必須加快速度。伴隨LEAP訂單的不斷涌入,GE又需要做好準備,將3D打印用于工業化量產。GE增材制造AddWorks團隊負責人Chris Schuppe表示:“

人們認為3D打印就像操作噴墨打印機一樣簡單,但真實情況并非如此,做好一個燃油噴嘴,需要完美處理3000多層金屬粉末,而每一層粉末大約只有一根人類頭發絲那么薄。



AddWorks由近200名工程顧問組成,致力于為客戶加快3D打印的推廣應用。于是,GE航空又組建了一個新團隊,從航空專家到冶金專家,總計100來號人。這個團隊專門理順將3D打印投入大批量生產所需的一系列復雜流程。比如,他們要校準每一臺3D打印機,確保其能處理特定產品的材料屬性。這件事情也不容易。生產線上每多一臺打印機,整個流程就要再走一次。

3D打印機可以根據電腦繪圖,將一層一層地細金屬粉末熔融成最終形狀。(圖片來源:Avio Aero。)


2015年,GE奧本工廠終于給自己的燃油噴嘴造好了3D打印工廠。憑借40多臺3D打印機和奧本大學的人才儲備,該工廠在2017年總共交付了8000個燃油噴嘴。截至目前,工廠完成的3D打印燃油噴嘴頭總數已超過3.3萬個。

和這個里程碑同樣值得慶祝的是,從這里走出的部件已經搭載到了空客A320neo和波音737 MAX飛機的LEAP發動機上。而該款發動機的總訂單數量也已經超過1.6萬臺,總價值超過2,360億美元。除了LEAP,GE航空還利用增材制造技術,為GE9X等發動機制造傳感器、葉片、熱交換器和其他部件。GE9X是世界最大的商用噴氣式發動機,為波音新的777X寬體飛機開發。

增材制造甚至成就了GE新型渦輪螺旋槳發動機Catalyst,讓它打入了小型飛機市場。通過3D打印,工程師們將855個零件整合成了12個部件,極大地增強了Catalyst的競爭力。


對3D打印來說,航空領域只是個開始。如今,汽車、能源、醫療等行業都在積極推動3D打印技術的應用。GE預計,到2020年,GE增材制造的設備、粉末和服務的收入仍將繼續增長。一個小小核桃般的部件,背后卻正在牽動一場全球制造業的革命,這真是令人嘆為觀止??!


內容來源:GE中國
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