金屬3D打印技術(shù)助力航空發(fā)動機耙式氣流測頭總體成本降低74%

來源：通快/TRUMPF


耙式氣流測頭是一種用于發(fā)動機開發(fā)的部件，能夠獲取高精度的溫度和壓力讀數(shù)，以幫助工程師評估發(fā)動機性能。直接安裝在發(fā)動機氣流路徑上的耙式氣流測頭必須滿足極高的標準要求，這樣才能承受極端的溫度、拉伸和壓縮載荷。因此，耙式氣流測頭是一種高度復(fù)雜的部件，必須符合精確的尺寸要求，同時具有光滑的空氣動力學(xué)表面，才能實現(xiàn)精確的測量。

耙式氣流測頭具體位置, 來源：通快

四個精心打磨的組件通過手工裝配和單獨焊接，才構(gòu)成一個耙式氣流測頭。其核心處有幾條用作通道的內(nèi)管，壁厚小于 0.3 mm。這些通道需要插入耙式氣流測頭細長主體的后部，并焊接在 Kiel 頭上的適當(dāng)位置。然后將耙式氣流測頭主體用蓋板密封。

“必須以最高的精度插入那些精細的通道，”López-Vidal（Ramen 公司研發(fā)經(jīng)理）解釋說。“只要有一個 Kiel 頭焊接不正確，整個耙式氣流測頭都將報廢。Kiel 頭的尺寸公差為+/-0.05 mm，具有狹窄的連續(xù)開口，其末端集成有流量傳感器�！�

Ramen 工程師發(fā)現(xiàn)，增材制造是精密耙式氣流測頭的理想制造方法。而實現(xiàn)這一任務(wù)的挑戰(zhàn)在于，必須設(shè)計一個與增材制造兼容的方式。但是前期生產(chǎn)中出現(xiàn)耙式氣流測頭變形的情況，打印過程也不順利，狹窄通道中沉積了粉末和其他固體。此外，增材制造工藝無法滿足尺寸精度、光滑度、無孔耙面等各種要求。

增材制造的耙式氣流測頭，來源：通快

一次偶然的機會，López-Vidal 及其團隊在 2017 年法蘭克福國際精密成型展（Formnext）上蒞臨了通快展位，并和通快團隊討論了他們所面臨的問題。通快團隊開始尋找有效的解決方案。打印過程中最具挑戰(zhàn)性的是部件方向問題，鑒于無法將這些部件連接到易損的 Kiel 頭或部件內(nèi)的任何位置，所以必須對齊部件，這樣才能在沒有支撐結(jié)構(gòu)的情況下進行打印。還必須排除熱變形的風(fēng)險。這并非易事，因為耙式氣流測頭很薄且上部體積很大。這次的打印制造使用了 TruPrint 1000 。該機器的成型空間約為 100 mm x 100 mm，具有 200 W 的激光，適用于增材制造精密結(jié)構(gòu)。這臺機器成功制造了符合所有要求的首個原型。3D 掃描證明，原型具有所需的幾何精度；同時通過顯微照片，確定了 99.95% 的密度。

但專家們渴望獲得更準確的信息，因此他們將原型發(fā)送給了 X 射線和計算機斷層掃描檢查系統(tǒng)開發(fā)商和生產(chǎn)商 Yxlon，以進行 CT 掃描。Yxlon 驗證了通道的連續(xù)性和孔的大小。通快專家還確定并檢查了部件內(nèi)部 40 多個測量值。測量結(jié)果表明：部件通道清晰，滿足所需尺寸精度，并且孔徑小于100 μm。因為重新設(shè)計部件縮短了生產(chǎn)時間，而且使用的材料量減少了約 80%�？傊�，通過 3D 打印耙式氣流測頭，總體成本降低了約 74%。而在這一行業(yè)中，這可是一個影響全局的數(shù)字。

López-Vidal 還堅信，這一部件制造歷程標志著增材制造將能夠為航空航天業(yè)提供更加實用的解決方案。耙式氣流測頭只是增材制造應(yīng)用的一個小小縮影，關(guān)鍵在于要積極采用新方法，讓決策者及時了解增材制造所帶來的全新機遇。