印度斯坦航空25KN發(fā)動機中的3D打印燃燒室機匣

飛機發(fā)動機中有大量復雜的薄壁結構，這些復雜結構的使用減輕了發(fā)動機零部件的重量，有利于提高發(fā)動機的推重比，但同時也給制造技術帶來了更大挑戰(zhàn)。我們知道，制造復雜結構零部件是3D打印技術的一大優(yōu)勢，3D打印技術是否能夠為飛機發(fā)動機復雜薄壁零件的制造創(chuàng)造一定的價值呢？讓我們從INTECH DMLS公司通過金屬3D打印 技術直接制造飛機發(fā)動機燃燒室機匣的應用案例中尋找一些啟發(fā)。


從設計、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打印服務的公司，其創(chuàng)始團隊在成立INTECH DMLS之前，已在鑄造和機械加工領域積累了25年以上的經驗，這些經驗也被融合在了INTECH DMLS公司所提供的服務之中,INTECH DMLS公司所提供的服務包括金屬零部件的3D打印，以及創(chuàng)造性的產品設計、分析、機加工、后處理和質量檢測。

INTECH DMLS通過選擇性激光熔化3D打印技術，為客戶制造傳統(tǒng)制造工藝難加工的復雜結構金屬零部件、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)動機燃燒室機匣正是一種復雜的薄壁零部件，首個3D打印燃燒室機匣在14個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，第二個同樣的正在制造中。

25KN發(fā)動機燃燒室機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雜結構，而且對結構完整性要求高。在使用傳統(tǒng)制造技術加工此類零件時存在眾多難點，例如：零件壁厚較薄，加工時容易變形及產生讓刀現(xiàn)象， 難以保證加工精度；在加工時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；由于材料導熱性較差，在切削加工中切削溫度高，加工硬化現(xiàn)象嚴重，刀具磨損嚴重等。

這些難點使發(fā)動機燃燒室機匣的制造周期長，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個月，而Intech DMLS研發(fā)和制造燃燒室機匣的周期為3-4個月,使用的制造工藝包括鎳基高溫合金機匣的3D打印、熱處理、機加工、表面處理，以及對5個獨立3D打印部件的激光焊接工藝。

除了制造工藝，3D打印燃燒室機匣與傳統(tǒng)制造方式制造的機匣在設計思路上也有所區(qū)別，3D打印燃燒室機匣由5 個3D打印的部件激光焊接而成，而傳統(tǒng)方式制造的機匣所擁有的部件數(shù)量則更多。產品設計思路的轉變對于用戶來說是一個不小的挑戰(zhàn)，INTECH DMLS公司的設計團隊與印度斯坦航空共同承擔了3D打印燃燒室機匣的設計任務，在產品設計時采用了為增材制造而設計（DFAM:Design for Addictive Manufacturing）的思路。

INTECH DMLS公司的團隊將在制造第二個發(fā)動機燃燒室機匣的過程中繼續(xù)優(yōu)化產品設計。INTECH DMLS已得到了國際航空航天質量管理體系標準 AS9100 C的認證，未來他們將使用金屬3D打印技術開發(fā)更多的航空發(fā)動機零部件。

另據了解，3D打印技術在此類發(fā)動機薄壁零部件制造中的應用還包括通過3D打印的熔模進行機匣的精密鑄造，此外華南理工大學還提出了通過金屬3D打印技術成型復雜形狀的薄壁零件，然后通過鑄造方法向薄壁零件填充澆鑄材料，澆鑄材料的熔點低于薄壁零件的熔點，冷卻后成型復雜實體零件的方法。最終，這些3D打印技術能為航空發(fā)動機制造創(chuàng)造怎樣的價值，讓我們保持關注。

延伸閱讀：
《透過SpaceX 3D打印火箭發(fā)動機深度剖析3D打印前景》
《法國航天巨頭Safran聯(lián)手澳洲Monash大學3D打印航空發(fā)動機》

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來源：3D科學谷