飛機(jī)和航天器火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的靜態(tài)和旋轉(zhuǎn)部件都受到極端性能要求和惡劣環(huán)境的影響傅煎，如高溫、高壓羞烘、腐蝕等條件伴乐。這些性能往往要求零件具備高度復(fù)雜的形狀并由特殊材料制造，如壓縮機(jī)葉片蝉陕、渦輪葉片擒抠、導(dǎo)流器和葉輪等部件使用增材制造技術(shù)可以顯著提高其性能。隨著復(fù)雜性的增加拂极，傳統(tǒng)工藝的制造能力受到約束瑰跳。而增材制造技術(shù)使設(shè)計(jì)師能夠從使用傳統(tǒng)制造技術(shù)常見(jiàn)的幾何約束中獲得更多的自由，從而允許設(shè)計(jì)更復(fù)雜的最終組件。

通用電氣波音新型777X客機(jī)設(shè)計(jì)的下一代GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)砰普，是有史以來(lái)最強(qiáng)大的商用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)谁媳。GE9X包含大量直接集成到發(fā)動(dòng)機(jī)核心結(jié)構(gòu)中的增材制造部件，其中228個(gè)低壓渦輪葉片采用EBM工藝和TiAl合金制造狗准，其重量是航空用傳統(tǒng)鎳基合金渦輪葉片的一半克锣。對(duì)于GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)，這意味著與它的前身GE90相比腔长，油耗降低了10%袭祟。

3D打印的GE9X TiAl合金葉片

西門(mén)子的一個(gè)案例研究強(qiáng)調(diào)了通過(guò)增材制造實(shí)現(xiàn)渦輪機(jī)械零件的可制造性。其在2009年對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了初始投資捞附，2013年在燃?xì)廨啓C(jī)中安裝了第一個(gè)3D打印組件榕酒，2017年成功打印并安裝了包含內(nèi)部流道的燃機(jī)透平葉片。之后故俐，他們繼續(xù)評(píng)估使用3D打印技術(shù)（如L-PBF和EB-PBF）制造渦輪壓縮機(jī)閉式徑向葉輪實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用的可行性想鹰。依靠成功的測(cè)試和監(jiān)管部門(mén)的批準(zhǔn)，徑向葉輪在提高渦輪機(jī)械效率方面顯示出了重要效果药版。雖然這些不是直接的航空航天示例辑舷，但它們很好地說(shuō)明了高性能組件的制造潛力。

將近3000零件優(yōu)化為68個(gè)3D打印的西門(mén)子燃?xì)廨啓C(jī)演示器

發(fā)動(dòng)機(jī)制造商Pratt&Whitney在過(guò)去25年中使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)了超過(guò)10萬(wàn)個(gè)原型部件槽片，目前為PW1500G發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)壓氣機(jī)定子葉片和環(huán)形同步支架何缓，前者用于引導(dǎo)氣流通過(guò)壓氣機(jī)。這些零件將用于龐巴迪C系列飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的制造还栓。

晶格結(jié)構(gòu)屬于典型的輕量化設(shè)計(jì)手段黑声，因此也引起了渦輪機(jī)械領(lǐng)域的興趣。最近的一項(xiàng)研究表明氓暖，在壓縮機(jī)葉輪上應(yīng)用內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)可以減少質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量失能。使用3D打印和Ti-6Al-4V制造的內(nèi)部包含晶格結(jié)構(gòu)的葉輪，可以通過(guò)減少打印過(guò)程中積累的殘余應(yīng)力來(lái)提高葉輪的性能账姜。

包含晶格結(jié)構(gòu)的3D打印葉輪

大型現(xiàn)代飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)通常由數(shù)以萬(wàn)計(jì)的部件組成饵臀，雖然并非所有部件都可以通過(guò)3D打印技術(shù)制造，但除了核心渦輪和壓氣機(jī)葉片之外的許多部件都可以合理地使用該技術(shù)插涛○淖疲霍尼韋爾航空航天公司完成了對(duì)其HTF7000系列飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用的各種渦輪機(jī)械部件的研究。該研究不僅詳細(xì)介紹了3D打印的高壓渦輪應(yīng)用叉弱，還詳細(xì)介紹了機(jī)載噴射器敏困、第二級(jí)高壓渦輪噴嘴、霧化器護(hù)罩庐冤、進(jìn)氣增壓耙和發(fā)動(dòng)機(jī)支架的設(shè)計(jì)莽浴。這表明大量飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部件有可能使用3D打印制造破罐。

航空航天領(lǐng)域最著名的3D打印應(yīng)用仍然是通用電氣LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴嘴。截至目前斑匪，該噴嘴已經(jīng)生產(chǎn)超過(guò)了10萬(wàn)個(gè)呐籽。由鈷鉻合金3D打印的燃料噴嘴已被安裝于GE多種發(fā)動(dòng)機(jī)上面。該應(yīng)用取得成功后蚀瘸，GE在新的GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)上使用了數(shù)量更多的3D打印組件狡蝶。GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)在七個(gè)多部件組件中擁有304個(gè)3D打印零件，因此贮勃，GE9X系列發(fā)動(dòng)機(jī)上超過(guò)三分之一的部件是使用增材制造技術(shù)生產(chǎn)的贪惹。該發(fā)動(dòng)機(jī)配備了28個(gè)LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴嘴、228個(gè)低壓渦輪（LPT）葉片寂嘉、一個(gè)T25傳感器外殼奏瞬、一個(gè)燃燒混合器、8個(gè)氣旋誘導(dǎo)器和一個(gè)熱交換器泉孩，所有這些都使用3D打印技術(shù)制造硼端。除LPT葉片和熱交換器外，所有這些部件均采用L-PBF工藝由鈷鉻(Co-Cr)合金制成寓搬。

GE LEAP燃油噴嘴

能量沉積技術(shù)多被被用于制造大型金屬結(jié)構(gòu)珍昨。NASA使用該技術(shù)制造了重達(dá)2噸、高約2.8米盲妈、直徑達(dá)2.43米的龐大火箭噴管问锋，與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相比，3D打印使加工時(shí)間減少了50%以上棠蹬。Relativity space則更加狂熱描琉，其開(kāi)發(fā)了一種高度約9米的“Stargate”3D打印機(jī)，能夠打印火箭燃料箱和發(fā)動(dòng)機(jī)偷颜，借助一體化制造技術(shù)穴厅，它們所開(kāi)發(fā)的火箭零件數(shù)量?jī)H是同類火箭零件數(shù)量的1/100。

3D打印技術(shù)還被廣泛用于修復(fù)損壞的組件旦坷，這可以顯著節(jié)省航空航天應(yīng)用中常見(jiàn)的昂貴組件的維護(hù)和制造成本谒娩，還可以減少對(duì)備件庫(kù)存的要求以及對(duì)新零件制造前期的投資。進(jìn)一步的研究表明庶鸡，與傳統(tǒng)方法相比，通過(guò)3D打印進(jìn)行零件修復(fù)對(duì)環(huán)境造成的影響也顯著降低放余∩蛲穑恢復(fù)整體葉片轉(zhuǎn)子（也稱為整體葉盤(pán)）的結(jié)構(gòu)完整性可提供成本效益，這些部件的制造成本可能高達(dá)數(shù)萬(wàn)甚至數(shù)十萬(wàn)美元征炼。借助3D打印技術(shù)修復(fù)的葉盤(pán)析既，通過(guò)旋轉(zhuǎn)和低周疲勞測(cè)試躬贡，顯示出良好的冶金、拉伸和侵蝕質(zhì)量眼坏，使其能夠獲得認(rèn)證拂玻。

使用LENS修復(fù)過(guò)程，（A）LENS系統(tǒng)修復(fù)過(guò)程（B）前緣修復(fù)后的T700葉盤(pán)（C）完成后修復(fù)的葉盤(pán)

NASA已經(jīng)在多種應(yīng)用中證明了3D打印復(fù)雜渦輪機(jī)械零件的可用性宰译。集成有3D打印葉輪檐蚜、泵蝸殼、葉盤(pán)沿侈、渦輪定子闯第、出口導(dǎo)向葉片和噴嘴的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵已經(jīng)成功進(jìn)行了驗(yàn)證。該部件的零件數(shù)量相比傳統(tǒng)制造方法減少了45%缀拭，并完成了轉(zhuǎn)速超過(guò) 90000 轉(zhuǎn)/分鐘的旋轉(zhuǎn)和發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試咳短。值得注意的是，這些3D打印組件需要改進(jìn)工藝蛛淋，包括表面處理咙好、材料特性、構(gòu)建過(guò)程中支撐結(jié)構(gòu)的應(yīng)用以及尺寸公差等羊脾。

NASA使用3D打印技術(shù)制造的渦輪泵

END

航空航天是當(dāng)今世界科技強(qiáng)國(guó)競(jìng)相發(fā)展的重點(diǎn)方向之一命丑，其發(fā)展離不開(kāi)兼具輕量化、難加工蜈坛、高性能等特征的金屬構(gòu)件芙继。激光增材制造技術(shù)為高性能金屬構(gòu)件的設(shè)計(jì)與制造開(kāi)辟了新的工藝途徑，可解決航空航天等領(lǐng)域發(fā)展過(guò)程中對(duì)材料啦铣、結(jié)構(gòu)锻碎、工藝、性能及應(yīng)用等提出的新挑戰(zhàn)圈烘。

增材制造技術(shù)在航空航天動(dòng)靜態(tài)組件上的成功應(yīng)用竖拢，已經(jīng)改變了該領(lǐng)域零部件傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，它所帶來(lái)的效益提升是空前的筋氮，已發(fā)展成為提升航空航天設(shè)計(jì)與制造能力的一項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)莫切。

（3D打印技術(shù)參考）

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