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3D打印发动机的前世今生

GE中国 2017-11-25 00:56:44 阅读:

十年前,CFM国际公司(通用电气航空与法国赛峰飞机发动机公司合资企业)的工程师们,以其超前的眼界,开始着眼于为单通道客机设计新型节油喷气发动机,GE 3D打印史自此拉开帷幕。

初 探

设定了目标,CFM团队便开始了长达数年的摸索。想要改变现有的笨重引擎,进而达到降低油耗和排放,就必须改变发动机燃料喷嘴的内部构造。

但,对于初入未知领域的工程师们来说,改变复杂的喷嘴内部构造并非易事,20多个精密细小的零部件需要钎焊在一起——这几乎很难实现。

“我们尝试了不止八次,每一次都以失败告终。”时任通用电气航空的工程负责人——Ehteshami说道。想法很美妙,现实却如此残酷。

然而61岁的Ehteshami,这位来自伊朗的科学家并不想仅此放弃。作为GE航空公司经验最丰富的工程师,他带领着团队一直坚持在尝试之路上,直到Morris Technologies公司的出现。

3D打印发动机的前世今生

作为3D打印先驱的Morris公司,抛弃原有材料切割,采用激光将金属粉末的薄层焊接在一起,直接从计算机文件打印出复杂的部分的——这种打印做法激发了Ehteshami的灵感,如果采用这种技术来大规模生产复杂的零件,一切问题不就迎刃而解了吗?

“我很兴奋,但也感到不安。我知道我们找到了一个解决方案,但是我也看到,这项技术给财务带来巨大压力。”

实践是检验真理的唯一标准, Ehteshami立刻联系Morris公司,着手于新型的燃料喷嘴打印。

新型的喷嘴完全满足了Ehteshami的期望,一场长达数年的拉锯战终于告一段落了。Morris公司的打印机不仅可将所有20个部件组合成一个单元,而且打印出的新型喷嘴比普通版重量减少了25%,耐用性竟然意外的提高了五倍以上。

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“在喷气式飞机引擎的设计上,复杂设计往往与昂贵价格挂钩,但伴随而来的是精确度的提升和时间成本的缩减。这是每个工程师的梦想,我从来没有想到这也可能实现。”Ehteshami难掩兴奋之情。

再 创

接下来的故事就顺理成章了。2012年,GE航空集团收购了Morris公司,投入财力物力人力扶持,Ehteshami、Morris及其团队开始秘密测试改进该技术的局限性,并寻找新的应用。

功夫不负有心人。在18个月内试验中,他们将900个零件缩融到16个,其中一段涵盖了先前300个零件的总和。打印出来的部件也轻了40%,成本降低了60%!

“以普通的方式制造螺母,螺栓,焊接和支架这些部件,通常需要10到15个供应商来制作,而且极容易产生差错。” Ehteshami说,“有了这个技术,一切问题都将烟消云散。”

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经过反复测验、研究,确认了可行性后,2014年Ehteshami的团队便积极寻求与CEO——通用电气航空总裁兼首席执行官大卫·乔伊斯会面,分享这一惊人科学成果。

与乔伊斯会面后,事情开始活跃起来。一组全新的3D打印喷嘴开始大量投入生产,应用在CFM历史上最畅销的喷气发动机之一LEAP发动机上。截至上个月,CFM已经收到价格为1700亿美元的LEAP 12200发动机订单。随后GE在阿拉巴马州的奥本开设了一家喷嘴的3D打印工厂,以达到产量最大化。

去年夏天,首架以LEAP为动力的空中客车A320neo已经开始正式投入运行。

长久的努力,通用电气的工程师创下了一段神话。然而热情澎湃的他们,并未就此终止,下一项挑战已来。他们决定创造一个全新的涡轮螺旋桨发动机——ATP。

使用增材制造,他们将855个零件整合到十几个零件中。更简单的设计减轻了重量,燃油消耗提高了20%,功率提高了10%。使用3D打印进行快速原型设计,团队也能够将开发时间缩短三分之一。去年夏天,德事隆航空公司选择了发动机,为其新飞机塞斯纳迪纳利(Cessna Denali)提供动力。

更 进

在2016年,GE花费了10多亿美元购买两家领先的工业3D打印机制造商的控股权:瑞典的Arcam AB和德国的Concept Laser。

3D打印发动机的前世今生

对这两家公司的投资是通用电气在外部环境和多行业之间发展其3D打印基地的第一步。Arcam和Concept激光机器的应用将包括航空和汽车工业,以及医疗植入物和珠宝。通用电气的一些业务,包括航空,石油和天然气,电力和医疗保健,已经从增材制造中受益。

通用电气研发团队的工程师密切合作,他们在20世纪90年代初建造了第一台激光三维打印机,最近在辛辛那提附近开设了添加剂培训中心(ATC)。

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ATC每年几次举办“制造新兵训练营”,培训了数百名工程师,为整个GE大家庭增添源源不断的新鲜血液。

“我们付钱给他们玩机器。” Ehteshami自豪的说道,“我们会给他们接触每一项订单,用实战锻炼,发现问题、解决问题,然后打印出来。”

ATC中心帮助制造工程师掌握机器,同时还培训材料专家重塑供应链。ATC已成为GE重要的人才、生产基地。

这就是,GE 3D打印在发动机制造中的应用的前世今生。

每天让世界美好一点点,GE 就是这样在一点一滴中「改变世界」。

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