资讯

3D打印+1,GE增材制造和GE航空强强联手,再创新里程

igoseo.net   2021年05月26日

  GE深耕于增材制造领域(俗称“3D打印”)早已不是新闻,在过去几年里,我们接连利用这项前沿技术,制造飞机发动机,燃气轮机,医疗器械以及其他相关机器的零部件,成绩斐然。

  在将不少精密到“看似不可能”的零件化为“可能”后,最近,我们试着用3D打印制造了4个引气部件,并取得了成本和时间“双丰收”,为增材制造未来继续大放异彩埋下伏笔。

增材制造vs传统铸造

  大多数制造商都难以在已经支付了铸模费用后,会放弃使用熔模铸造(investment casting)而转变为增材制造。因为一旦拥有铸模,量产部件只要按部就班生产即可。然而在GE,创新永不止步,我们打起了想要更高效的“小算盘”,并取得了初步成功。

  传统铸造:

  选定形状——制作铸模——熔炼金属——进模定型——完成成品

  熔模铸造在铸造工艺中属上乘,适合十分精密,轻薄的部件制造,然而其制作铸模的过程十分复杂,也导致模具比其他铸造工艺要更加昂贵。

  在GE航空和GE增材制造的双双联手下,我们证明金属增材制造能在价格上和传统铸件一较高下。利用增材制造,工程团队预计能将4个引气部件的制造成本降低高达35%。另外,从选定目标部件到3D打印出最终原型,这一过程仅用了10个月。通常,使用铸造工艺生产这些零件需要12-18个月甚至更长的时间。

  更惊喜的是,这是GE团队首次发现利用金属3D打印更换部件比铸造工艺还具有成本优势,并通过外部供应商比价得到证明。第一次进行这样的零件更换项目,就取得了成本上的“大丰收”,足以给行业带来令人欣喜的变化。

大胆变革第一步

  说到增材制造的成功,其中颇为闻名的,要属GE航空LEAP飞机发动机的3D打印燃油喷嘴。

  大胆创新,细心研发,我们的工程师成功将20种零件及其加工和组装步骤整合到单一结构中,得到了一个没有浪费,复杂精密,用时精简且减重约25%的工业“艺术品”,并成功实现量产,成为缔造LEAP传奇中不可或缺的重要一环。

  GE最新的Catalyst涡桨发动机则是另一个高效佐证

  工程师们将855个零件整合为10个3D打印部件,让发动机的重量减轻5%,并将单位燃油消耗降低1%。这项工艺的成熟运用让团队在短短两年时间内将梦想化为现实,而在以前,从设计到应用通常都需要耗时两倍,最久可达十年。

  LEAP和Catalyst的成功经验都证明,通过零件整合,减少组装,GE航空可以在发动机制造环节节省大量时间和价格成本,也成为迈向下一步的起点。

水到渠成的制作

  熟悉的机器和熟悉的材料给团队带来先机,这次团队使用的是GE增材制造最新型的Concept Laser M2 Series 5双激光机器。它透过两台4百瓦或1千瓦输出功率的激光器,在21,000立方厘米的加工仓里高效地打印出质量稳定的成品,大幅降低生产成本和产品开发时间。

  选取什么样的零件也有大学问。

  增材制造很适合制造复杂部件,例如带有内流道的零件;又因省去了铸模等的前期准备,打印简单几何形状的零件也十分高效。从零件尺寸,形状,功能到后期加工潜力,结合工程师过去的经验,团队最初选取了180个可以通过3D打印节省成本的铸造零件,再逐个核对每个零件的投资回报率,最终确定了4个LM9000航改燃机引气系统的适配器盖。

  LM9000航改燃机为GE航空与贝克休斯共同研发的,专门针对液化天然气生产需求而设计的新型航改燃气轮机。这4个零件尺寸一致,直径约89mm,高约152mm,由钴铬合金制成,用来处理来自燃机压缩机部分的热压缩空气。

  从制造角度来看,它们都是基础的几何形状,并拥有类似的功能。团队认为M2一次能打印3个零件,但工程师们很快重新设计了版面,将数量增至4个,进一步提高了生产率。通过模拟测试与分析,团队还证明了这些零件的性能与它们所替换的铸件相同。他们为每次打印制作了测试棒,以便技术人员测量每次生产运行的完整性。

  与以往利用零件整合来减少组装从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铸造模型,没有任何的设计更改,并且在生产速度上相当迅速。这标志着GE航空首次严格按照成本将零件生产从熔模铸造升级为增材制造。这一成果让未来通过3D打印更多的发动机零部件提供了新的契机。

未来,潜力无限

  现实中,航空公司往往会在发动机使用寿命内替换大量零件,如果只剩少量备件,而供应商计划停产某种材料,就会为航空公司的正常运营带来很大挑战。因此,在备件耗尽前提出有效的替换方案,并在短时间内创造出可靠的零件至关重要。

  出于这样的实际考量,GE的工程师们一直努力尝试着,想要突破传统生产模式,毕竟,能为航空业进行熔模铸模的供应商屈指可数。如果我们能以更低的成本制造3D打印部件,那么就能节约成本,并避免未来可能增加费用。

  高性价比,高质量,又能有效降低未来备件供应链中的风险,这样的一举多得在未来的制造中必定潜力无限,我们的工程师也将持续发掘更多可能。

  在GE,创新不光是从无到有,还是精益求精。我们畅想未来飞行,也守卫蓝天安全。大家觉得还有哪些部件可以升级为3D打印?在下方留言,或许我们的工程师能让你的设想成真!

标签:3D打印 GE 我要反馈 
专题报道
2021世界人工xpj大会专题报道

今年大会已举办到第四届,将围绕“AI赋能城市数字化转型”方向,探讨人工xpj技术创新与产业落地的前沿进展,广泛传递城市数字

智·能融合 迈向“碳中和”——2021WAICxpj趋势论坛直播

从技术革新的视角,电气化,数字化,xpj化并举是达成双碳目标的关键所在。2021xpj趋势论坛以“智·能融合,迈向碳中和”为

2021世界人工xpj大会专题报道

今年大会已举办到第四届,将围绕“AI赋能城市数字化转型”方向,探讨人工xpj技术创新与产业落地的前沿进展,广泛传递城市数字

Baidu