印度斯坦航空25KN發(fā)動(dòng)機(jī)中的3D打印燃燒室機(jī)匣

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中有大量復(fù)雜的薄壁結(jié)構(gòu)，這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的使用減輕了發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的重量，有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比，但同時(shí)也給制造技術(shù)帶來了更大挑戰(zhàn)。我們知道，制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件是3D打印技術(shù)的一大優(yōu)勢，3D打印技術(shù)是否能夠?yàn)轱w機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜薄壁零件的制造創(chuàng)造一定的價(jià)值呢？讓我們從INTECH DMLS公司通過金屬3D打印 技術(shù)直接制造飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室機(jī)匣的應(yīng)用案例中尋找一些啟發(fā)。


從設(shè)計(jì)、打印、后處理到焊接的完整制造工藝

INTECH DMLS成立于2012年，是印度一家提供金屬3D打印服務(wù)的公司，其創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)在成立INTECH DMLS之前，已在鑄造和機(jī)械加工領(lǐng)域積累了25年以上的經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)也被融合在了INTECH DMLS公司所提供的服務(wù)之中,INTECH DMLS公司所提供的服務(wù)包括金屬零部件的3D打印，以及創(chuàng)造性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、機(jī)加工、后處理和質(zhì)量檢測。

INTECH DMLS通過選擇性激光熔化3D打印技術(shù)，為客戶制造傳統(tǒng)制造工藝難加工的復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零部件、輕量化零部件。INTECH DMLS為印度斯坦航空公司(HAL)所交付的25KN發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室機(jī)匣正是一種復(fù)雜的薄壁零部件，首個(gè)3D打印燃燒室機(jī)匣在14個(gè)月之前已交付給印度斯坦航空。在過去1年中，該零部件已通過了用戶的性能測試，而目前，第二個(gè)同樣的正在制造中。

25KN發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室機(jī)匣的制造材料為鎳基高溫合金，此類零部件不僅具有大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，而且對(duì)結(jié)構(gòu)完整性要求高。在使用傳統(tǒng)制造技術(shù)加工此類零件時(shí)存在眾多難點(diǎn)，例如：零件壁厚較薄，加工時(shí)容易變形及產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象， 難以保證加工精度；在加工時(shí)需要將毛坯中的大部分材料作為切削余量加以去除，切削加工量大；由于材料導(dǎo)熱性較差，在切削加工中切削溫度高，加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，刀具磨損嚴(yán)重等。

這些難點(diǎn)使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室機(jī)匣的制造周期長，制造成本高，INTECH DMLS公司表示傳統(tǒng)工藝制造該零部件的周期為18-24個(gè)月，而Intech DMLS研發(fā)和制造燃燒室機(jī)匣的周期為3-4個(gè)月,使用的制造工藝包括鎳基高溫合金機(jī)匣的3D打印、熱處理、機(jī)加工、表面處理，以及對(duì)5個(gè)獨(dú)立3D打印部件的激光焊接工藝。

除了制造工藝，3D打印燃燒室機(jī)匣與傳統(tǒng)制造方式制造的機(jī)匣在設(shè)計(jì)思路上也有所區(qū)別，3D打印燃燒室機(jī)匣由5 個(gè)3D打印的部件激光焊接而成，而傳統(tǒng)方式制造的機(jī)匣所擁有的部件數(shù)量則更多。產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路的轉(zhuǎn)變對(duì)于用戶來說是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)，INTECH DMLS公司的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與印度斯坦航空共同承擔(dān)了3D打印燃燒室機(jī)匣的設(shè)計(jì)任務(wù)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)采用了為增材制造而設(shè)計(jì)（DFAM:Design for Addictive Manufacturing）的思路。

INTECH DMLS公司的團(tuán)隊(duì)將在制造第二個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室機(jī)匣的過程中繼續(xù)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。INTECH DMLS已得到了國際航空航天質(zhì)量管理體系標(biāo)準(zhǔn) AS9100 C的認(rèn)證，未來他們將使用金屬3D打印技術(shù)開發(fā)更多的航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件。

另據(jù)了解，3D打印技術(shù)在此類發(fā)動(dòng)機(jī)薄壁零部件制造中的應(yīng)用還包括通過3D打印的熔模進(jìn)行機(jī)匣的精密鑄造，此外華南理工大學(xué)還提出了通過金屬3D打印技術(shù)成型復(fù)雜形狀的薄壁零件，然后通過鑄造方法向薄壁零件填充澆鑄材料，澆鑄材料的熔點(diǎn)低于薄壁零件的熔點(diǎn)，冷卻后成型復(fù)雜實(shí)體零件的方法。最終，這些3D打印技術(shù)能為航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造創(chuàng)造怎樣的價(jià)值，讓我們保持關(guān)注。

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來源：3D科學(xué)谷