GE9X增材資料大公開，都哪些零件用了什么樣的增材技術(shù)呢？

來源： 3D打印研究院  作者：郭丹

導(dǎo)讀：日前，F(xiàn)AA正式向GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)頒布了適航許可證，GE公司隨即發(fā)布了增材制造報(bào)告，公開披露了267個(gè)通過3D打印制造的零件材料、原因以及方法。今天3D打印研究院帶你揭秘GE9X-Additive Manufacturing。

故事要從波音777X首飛成功說起，世界上最大的雙發(fā)噴氣客機(jī)波音777X完成首飛，全程3小時(shí)51分鐘。

這架飛機(jī)的機(jī)身總長(zhǎng)達(dá)到了76.7米，載客量達(dá)400人-425人。

從北京出發(fā)，777X航程可覆蓋全球主要目的地。

波音777X還搭載了全球動(dòng)力最強(qiáng)勁的商用發(fā)動(dòng)機(jī)GE9X(終于說到主角了），而且是雙引擎！

FAA又給GE9X了適航合格證。

GE9X的風(fēng)扇直徑達(dá)到了3.4m，進(jìn)氣道直徑為4.5米，它比一架波音737的機(jī)身直徑大76厘米。也就是說，波音777X上的一具發(fā)動(dòng)機(jī)，便可以將波音737的機(jī)身“吞”進(jìn)去。僅比波音767飛機(jī)機(jī)身直徑小20厘米。

涵道比為10：1，其推力可達(dá)470千牛（100000磅）。

與上一代GE發(fā)動(dòng)機(jī)相比可節(jié)省10%~15%燃油消耗。

這個(gè)牛逼玩意兒順便還拿了吉尼斯世界記錄。

該發(fā)動(dòng)機(jī)還擁有新一代壓比達(dá)27：1的11級(jí)高壓壓氣機(jī)、高效率和低排放的第3代TAPS III燃燒室，以及采用陶瓷基復(fù)合材料（CMC）的燃燒室和渦輪。

采用電子束粉末床技術(shù)制造的低壓渦輪葉片相比傳統(tǒng)的鎳基高溫合金輕50％左右，具有優(yōu)異的比強(qiáng)度，使整個(gè)低壓渦輪機(jī)的重量減少20％，同時(shí)將使GE9X提高了10％的推力。

GE9X擁有近300個(gè)3D打印的零件

首次將多種材料的增材制造投入到單一航空發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)中。

燃油噴嘴
燃油噴嘴的作用是將燃油霧化(蒸發(fā)），使燃油和空氣充分混合，加速混合氣形成，保證穩(wěn)定燃燒和提高燃燒效率。

采用3D打印技術(shù)，更易實(shí)現(xiàn)噴嘴設(shè)計(jì)的早期迭代，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)更改和試驗(yàn)迅速合并，節(jié)省大量時(shí)間

每個(gè)GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)有28個(gè)燃油噴嘴，采用鈷鉻合金材料，用3D打印技術(shù)將20個(gè)零件合并成一個(gè)。

壽命提高5倍以上，減重25%，降低成本30%。

該零件是使用Concept Laser M2打印機(jī)，通過激光選區(qū)熔化技術(shù)（SLM）完成制造。

順便還收購(gòu)了它。

低壓渦輪葉片

每個(gè)GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)有228片低壓渦輪葉片，由TiAl合金3D打印而成。

為什么選擇TiAl合金？因?yàn)樗１瓢?！它輕??！

具有與鎳基合金相同的材料性能，但重量卻不到一半！

兩百多個(gè)！每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)減重約400磅（減重50%），推力提高10%以上。

但是！

TiAl合金屬于脆性材料，難以鑄造，且在冷卻過程中容易開裂，所以GE公司通過Arcam EBM A2X設(shè)備，采用了比較適用于脆性材料打印的電子束熔化技術(shù)（EBM)。

使用電子束熔化技術(shù)（EBM)可以控制熱梯度，從而避免生產(chǎn)過程中產(chǎn)生收縮與裂紋缺陷。

順便也收購(gòu)了它。

T25傳感器外殼
GE的T25傳感器外殼是首個(gè)獲得FAA認(rèn)證的增材制造的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件。

每個(gè)GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)安裝1個(gè)T25傳感器外殼，使用鈷鉻合金3D打印而成，
為啥用增材？為了提高復(fù)雜零件的精度。

傳感器的精度要求還是很高的。

將10個(gè)零件合并成1個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件。從而提高30%的精度。

該零件是使用Concept Laser M2打印機(jī)，通過激光選區(qū)熔化技術(shù)（SLM）完成制造。


燃燒室油氣混合器

燃燒室油氣混合器的作用先將將空氣和燃油充分混合，然后將混合物送入燃燒室燃燒產(chǎn)生動(dòng)力，主要是為了低排放。

每個(gè)GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)有1個(gè)燃燒室油氣混合器，由鈷鉻合金3D打印而成。

該零件是使用Concept Laser M2打印機(jī)，通過激光選區(qū)熔化技術(shù)（SLM）完成制造。

為什么采用增材技術(shù)呢？因?yàn)閭鹘y(tǒng)的工藝很難保證檔板加工的一致性，而通過3D打印一體成形可以保證，還能減輕6%的重量并提高3倍使用壽命。


導(dǎo)流器
導(dǎo)流器，它能讓發(fā)動(dòng)機(jī)排出吸入的灰塵、沙子和其他碎片，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。

每個(gè)GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)有8個(gè)導(dǎo)流器，由鈷鉻合金3D打印而成。

一體化成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，將原本13個(gè)零件合成一個(gè)內(nèi)部復(fù)雜流道的零件打印出來。提高兩倍以上的使用壽命。

該零件是使用Concept Laser M2打印機(jī)，通過激光選區(qū)熔化技術(shù)（SLM）完成制造。

熱交換器
熱交換器傳統(tǒng)上由數(shù)十根細(xì)金屬管焊接組成，用于GE9X的3D打印熱交換器具有完全不同的外形。

包括優(yōu)化的通道和充分利用3D打印設(shè)計(jì)自由度開發(fā)的復(fù)雜內(nèi)部幾何形狀，通過3D打印一體成形，大大提高了熱交換效率。

為什么使用增材技術(shù)？更輕、更便宜、更耐用

鋁合金（F357）粉末,通過增材技術(shù)將原來163個(gè)零件合并為一個(gè)，不僅減輕40%的重量，還減少25%的生產(chǎn)成本。

ATC的現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人Antroine Townes說：“增材制造的獨(dú)特之處和價(jià)值在于設(shè)計(jì)的靈活性和創(chuàng)新的速度。過去，設(shè)計(jì)師們受困于既有的制造方法?，F(xiàn)在你可以不考慮這些限制，設(shè)計(jì)最適合發(fā)動(dòng)機(jī)的零件，而不是最容易制造的東西?！?br />
EBM技術(shù)在航空中的使用越來越廣泛，尤其是針對(duì)難以鑄造的脆性材料。

EBM技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
1、電子束掃描可將粉床加熱到合理溫度，有利于減小殘余應(yīng)力，防止應(yīng)力集中導(dǎo)致零件開裂。
2、EBM在真空環(huán)境下進(jìn)行，工作環(huán)境潔凈可控，防止有害氣體元素的影響。
3、EBM使粉末產(chǎn)生假燒結(jié)現(xiàn)象，起到自支撐作用，一般不需要添加支撐。

EBM技術(shù)劣勢(shì)：
1、EBM成形零件表面精度差，不如SLM。
2、由于粉末處于假燒結(jié)，清粉難，粉末不宜回收再利用。

EBM相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：

編號(hào)	名稱	狀態(tài)
AMS7011	《電子束粉末床熔融（EB-PBF）工藝的Ti6Al4V航空航天零件增材制造》	起草中
AMS7023	《增材制造用γ鈦鋁粉末》	起草中
WK72938	《增材制造-設(shè)計(jì)-第3部分：金屬電子束粉末床熔融》	起草中
IOS 52911-3	《增材制造-粉末床熔融技術(shù)設(shè)計(jì)指南-第3部分：金屬電子束粉末床熔融》	起草中
VDI 3405 Blatt2	《增材制造工藝，快速制造-金屬零件電子束熔化-合格鑒定、質(zhì)量保證及后處理》	起草中

（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)和EG additive）