圍繞發(fā)動機性能提升的競爭，聯(lián)合技術 3D打印自冷孔結構專利獲批

2017年12月25日，大型客機發(fā)動機驗證機（CJ-1000AX）首臺整機在上海完成裝配，中國航發(fā)集團商發(fā)公司采用“主制造商-供應商”研制模式，聯(lián)合24家單位參與試制工作，先后突破了鈦合金寬弦高空心率風扇葉片、鋁合金大型薄壁風扇包容機匣、3D打印燃燒室燃油噴嘴等多項試制關鍵技術，同時也攻克了大直徑、長軸類單元體水平裝配技術難關，歷時18個月完成首臺整機試制、裝配。

這其中，3D打印又一次成為關鍵技術之一。3D打印在發(fā)動機領域的應用，或許才只是小荷才露尖尖角。關于3D打印在航空航天發(fā)動機制造領域的應用，我們可以很清晰的看到，不管是航天發(fā)動機，還是航空發(fā)動機，3D打印正發(fā)揮著提升發(fā)動機性能的關鍵作用。

3D打印可以將原本通過多個構件組合的零件進行一體化打印，這樣不僅實現(xiàn)了零件的整體化結構，避免了原始多個零件組合時存在的連接結構（法蘭、焊縫等），也可以幫助設計者突破束縛實現(xiàn)功能最優(yōu)化設計。一體化結構的實現(xiàn)除了帶來輕量化的優(yōu)勢，減少組裝的需求也為發(fā)動機打開提升效益的想象空間，并成為下一代發(fā)動機研發(fā)技術的搶灘高地。

就在2017年歲末，美國聯(lián)合技術(UTC)關于燃氣渦輪發(fā)動機的自冷卻孔結構的一項專利獲批。其中3D打印在一體化結構的自冷孔結構方面可以發(fā)揮關鍵作用。

美國聯(lián)合技術公司（UTC）航空系統(tǒng)部門是專業(yè)設計、制造、集成、修復和翻修燃氣渦輪發(fā)動機燃油輸送零件的公司。噴氣發(fā)動機需要在高溫度下運行，才能使燃料轉化的能量最大化。燃氣渦輪發(fā)動機，例如為現(xiàn)代商用和軍用飛機提供動力的燃氣渦輪發(fā)動機包括用于推進飛機的風扇部分，用于加壓來自風扇部分的空氣供應的壓縮機部分，用于燃燒碳氫燃料的燃燒器部分，加壓空氣的渦輪部分以從所得到的燃燒氣體中提取能量從而產生推力。

燃燒器部分通常包括壁組件，襯有隔熱板的外殼，隔熱板通常被稱為浮板壁板。多個孔（例如稀釋孔）圍繞壁組件間隔開來，并稀釋從冷卻增壓室流入燃燒室的空氣，并通過降低和控制燃燒器出口處的燃燒氣體的溫度分布至保護渦輪機不見以免受到過熱的破壞。

這些孔口通常由在隔熱板和支撐殼體之間延伸的墊圈限定，在UTC關于燃氣渦輪發(fā)動機的自冷卻孔結構的專利中，圖中的孔口結構116（燃燒器稀釋孔）的設計可以相對較小，所以可以通過3D打�。ㄔ霾闹圃旒夹g）來實現(xiàn)結構的制造。 通過增材制造，結構116可以做為一個整體部分被制造出來。 單個特征的厚度或直徑可以小到約0.010英寸，并且各種孔的直徑一般可以小到0.012英寸。 隨著增材制造工藝的持續(xù)改進，最小尺寸有望達到進一步的縮小。

關于3D打印在發(fā)動機領域的應用，國外在專利布局上可以說是一步一個腳印，2017年1月17日GE獲得批準的專利中，公開了用于制造渦輪機部件上的應變傳感器的方法。緊接著GE于1月24日又獲批專利，內容包括燃料噴射器主體和冷卻系統(tǒng)的制造技術。而關于國際上的3D打印發(fā)動機專利布局。

圖片：UTC US 9851105B2專利中的自冷孔結構

正是這些積極的探索，推動了3D打印在航空航天領域的深化，并催生了令人贊嘆的應用技術。

來源：3D科學谷
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