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3D打印+1,GE增材制造和GE航空強強聯手,再創新里程

2025China.cn   2021年05月26日

  GE深耕于增材制造領域(俗稱“3D打印”)早已不是新聞,在過去幾年里,我們接連利用這項前沿技術,制造飛機發動機、燃氣輪機、醫療器械以及其他相關機器的零部件,成績斐然。

  在將不少精密到“看似不可能”的零件化為“可能”后,最近,我們試著用3D打印制造了4個引氣部件,并取得了成本和時間“雙豐收”,為增材制造未來繼續大放異彩埋下伏筆。

增材制造vs傳統鑄造

  大多數制造商都難以在已經支付了鑄模費用后,會放棄使用熔模鑄造(investment casting)而轉變為增材制造。因為一旦擁有鑄模,量產部件只要按部就班生產即可。然而在GE,創新永不止步,我們打起了想要更高效的“小算盤”,并取得了初步成功。

  傳統鑄造:

  選定形狀——制作鑄模——熔煉金屬——進模定型——完成成品

  熔模鑄造在鑄造工藝中屬上乘,適合十分精密、輕薄的部件制造,然而其制作鑄模的過程十分復雜,也導致模具比其他鑄造工藝要更加昂貴。

  在GE航空和GE增材制造的雙雙聯手下,我們證明金屬增材制造能在價格上和傳統鑄件一較高下。利用增材制造,工程團隊預計能將4個引氣部件的制造成本降低高達35%。另外,從選定目標部件到3D打印出最終原型,這一過程僅用了10個月。通常,使用鑄造工藝生產這些零件需要12-18個月甚至更長的時間。

  更驚喜的是,這是GE團隊首次發現利用金屬3D打印更換部件比鑄造工藝還具有成本優勢,并通過外部供應商比價得到證明。第一次進行這樣的零件更換項目,就取得了成本上的“大豐收”,足以給行業帶來令人欣喜的變化。

大膽變革第一步

  說到增材制造的成功,其中頗為聞名的,要屬GE航空LEAP飛機發動機的3D打印燃油噴嘴。

  大膽創新,細心研發,我們的工程師成功將20種零件及其加工和組裝步驟整合到單一結構中,得到了一個沒有浪費、復雜精密、用時精簡且減重約25%的工業“藝術品”,并成功實現量產,成為締造LEAP傳奇中不可或缺的重要一環。

  GE最新的Catalyst渦槳發動機則是另一個高效佐證

  工程師們將855個零件整合為10個3D打印部件,讓發動機的重量減輕5%,并將單位燃油消耗降低1%。這項工藝的成熟運用讓團隊在短短兩年時間內將夢想化為現實,而在以前,從設計到應用通常都需要耗時兩倍,最久可達十年。

  LEAP和Catalyst的成功經驗都證明,通過零件整合、減少組裝,GE航空可以在發動機制造環節節省大量時間和價格成本,也成為邁向下一步的起點。

水到渠成的制作

  熟悉的機器和熟悉的材料給團隊帶來先機,這次團隊使用的是GE增材制造最新型的Concept Laser M2 Series 5雙激光機器。它透過兩臺4百瓦或1千瓦輸出功率的激光器,在21,000立方厘米的加工倉里高效地打印出質量穩定的成品,大幅降低生產成本和產品開發時間。

  選取什么樣的零件也有大學問。

  增材制造很適合制造復雜部件,例如帶有內流道的零件;又因省去了鑄模等的前期準備,打印簡單幾何形狀的零件也十分高效。從零件尺寸、形狀、功能到后期加工潛力,結合工程師過去的經驗,團隊最初選取了180個可以通過3D打印節省成本的鑄造零件,再逐個核對每個零件的投資回報率,最終確定了4個LM9000航改燃機引氣系統的適配器蓋。

  LM9000航改燃機為GE航空與貝克休斯共同研發的、專門針對液化天然氣生產需求而設計的新型航改燃氣輪機。這4個零件尺寸一致,直徑約89mm,高約152mm,由鈷鉻合金制成,用來處理來自燃機壓縮機部分的熱壓縮空氣。

  從制造角度來看,它們都是基礎的幾何形狀,并擁有類似的功能。團隊認為M2一次能打印3個零件,但工程師們很快重新設計了版面,將數量增至4個,進一步提高了生產率。通過模擬測試與分析,團隊還證明了這些零件的性能與它們所替換的鑄件相同。他們為每次打印制作了測試棒,以便技術人員測量每次生產運行的完整性。

  與以往利用零件整合來減少組裝從而降低大量成本不同,此次3D打印的零部件完全基于原本的鑄造模型,沒有任何的設計更改,并且在生產速度上相當迅速。這標志著GE航空首次嚴格按照成本將零件生產從熔模鑄造升級為增材制造。這一成果讓未來通過3D打印更多的發動機零部件提供了新的契機。

未來,潛力無限

  現實中,航空公司往往會在發動機使用壽命內替換大量零件,如果只剩少量備件,而供應商計劃停產某種材料,就會為航空公司的正常運營帶來很大挑戰。因此,在備件耗盡前提出有效的替換方案,并在短時間內創造出可靠的零件至關重要。

  出于這樣的實際考量,GE的工程師們一直努力嘗試著,想要突破傳統生產模式,畢竟,能為航空業進行熔模鑄模的供應商屈指可數。如果我們能以更低的成本制造3D打印部件,那么就能節約成本,并避免未來可能增加費用。

  高性價比,高質量,又能有效降低未來備件供應鏈中的風險,這樣的一舉多得在未來的制造中必定潛力無限,我們的工程師也將持續發掘更多可能。

  在GE,創新不光是從無到有,還是精益求精。我們暢想未來飛行,也守衛藍天安全。大家覺得還有哪些部件可以升級為3D打印?在下方留言,或許我們的工程師能讓你的設想成真!

標簽:3D打印 GE 我要反饋 
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