3D打印核心部分只有核桃般大小 卻改變了GE航空發動機制造方式

魔猴君  行業資訊   2159天前

燃油噴頭是飛機引擎中一個不起眼的小部件。它像一個戳在兩個粗短支架上的水龍頭，一只手就可以握住。但把這個小部件造好，卻要用上GE歷史上最具革命性的技術之一——3D打印（又名3D打印）。今年10月，GE航空位于阿拉巴馬州的奧本工廠，順利生產了第3萬個3D打印燃油噴頭。

Josh Mook站在LEAP引擎旁邊

用3D打印這么先進的技術，來造這么小的部件，這要從10年前說起。當時，CFM國際公司（GE與法國賽峰飛機引擎公司的平股合資公司）正在研發LEAP引擎，希望它可以減少排放，降低燃油耗費。項目進行過程中，時任GE航空工程負責人的Mohammad Ehteshami意識到，燃油噴頭頭內，迷宮一般復雜的流道將燃油與空氣高效混合，可以幫助引擎實現優越的性能。而LEAP項目的成敗，很大程度上取決于燃油噴頭的好壞。

為了設計出優質的燃油噴頭，Ehteshami組建了一支由頂尖工程師組成的團隊攻克這一難題。當時年僅28歲的Josh Mook因為在葉片領域的優秀表現，得到了Ehteshami的青睞，于是也加入到了這個團隊。很快，Mook就和同事們設計出了一種理想的燃油噴頭頂部結構。這個結構最終只有核桃般大小，里面卻有14條精密的流體通道。

這個設計雖然精妙，但它太過復雜，幾乎造不出來。Ehteshami后來回憶道：“我們通過傳統的制造加工方式嘗試了8次，但每次都失敗了。傳統方法并不能解決的問題，但3D打印卻說不定可以。3D打印機就像一支激光筆一樣，根據電腦繪圖，一層一層地將細金屬粉末熔融成最終形狀。這正適合燃油噴頭這樣復雜精密部件的制造。除此之外，3D打印所產生的廢料也比傳統生產方法少大量。”

雖然3D打印優勢頗多，但當時GE航空只將它用于原型試制，還從未在商業化部件中使用過，更不要說為整個民航機隊生產部件了。Mook又與3D打印的先驅人物Greg Morris密切合作，對一批常規3D打印機進行重新設計，使之符合燃油噴頭的參數要求。通過這種方法生產出的新噴頭，不再像原來一樣，它是一個精密的整體，需要將20個部件焊接在一起。這個新噴頭重量比上一代輕25%，耐用度是上一代的5倍，成本效益比上一代高30%。Morris的公司最終也被GE收購。

3D打印的燃油噴頭

這還沒完。為了保證LEAP項目按時完成，及時得到聯邦航空管理局（Federal Aviation Administration）的認證，GE團隊必需加快速度。伴隨LEAP訂單的不斷涌入，GE又需要做好準備，將3D打印用于工業化量產。GE3D打印AddWorks團隊負責人Chris Schuppe表示：

“人們認為3D打印就像操作噴墨打印機一樣簡單，但真實情況并非如此，做好一個燃油噴頭，需要完美處理3000多層金屬粉末，而每一層粉末大約只有一根人類頭發絲那么薄。”

AddWorks由近200名工程顧問組成，致力于為客戶加快3D打印的推廣應用。于是，GE航空又組建了一個新團隊，從航空專家到冶金專家，總計100來號人。這個團隊專門理順將3D打印投入大規模生產所需的一系列復雜流程。比如，他們要校準每一臺3D打印機，確保其能處理特定產品的材料屬性。這件事情也不容易。生產在線每多一臺打印機，整個流程就要再走一次。

3D打印機可以根據電腦繪圖，將一層一層地細金屬粉末熔融成最終形狀。（圖片來源：Avio Aero）

2015年，GE奧本工廠終于給自己的燃油噴頭造好了3D打印工廠。憑借40多臺3D打印機和奧本大學的人才儲備，該工廠在2017年總共交付了8000個燃油噴頭。截至目前，工廠完成的3D打印燃油噴頭頭總數已超過3.3萬個。

和這個標志性事件同樣值得慶祝的是，從這里走出的部件已經搭載到了空客A320neo和波音737 MAX飛機的LEAP引擎上。而該款引擎的總訂單數量也已經超過1.6萬臺，總價值超過2，360億美金。除了LEAP，GE航空還利用3D打印技術，為GE9X等引擎制造傳感器、葉片、熱交換器和其他部件。GE9X是世界最大的商用噴氣式引擎，為波音新的777X寬體飛機開發。

3D打印甚至成就了GE新型渦輪螺旋槳引擎Catalyst，讓它打入了小型飛機市場。通過3D打印，工程師們將855個部件整合成了12個部件，極大地增強了Catalyst的競爭力。

對3D打印來說，航空領域只是個開始。如今，汽車、能源、醫療等行業都在積極推動3D打印技術的應用。GE預計，到2020年，GE3D打印的設備、粉末和服務的收入仍將繼續增長。一個小小核桃般的部件，背后卻正在牽動一場全球制造業的革命，這真是令人嘆為觀止啊！