3D打印技术参考注意到，通用电气 (GE) 航空航天公司已于7月向飞机制造商交付了用于波音777X的首台GE9X发动机生产版本。GE9X是当前世界上推力最强大的喷气发动机之一，最大推力能够达到60.8吨。该发动机采用了多达304个3D打印零部件，是GE在航空发动机领域应用3D打印技术的重要里程碑。
GE首次将多种材料和打印工艺投入到单一航空发动机的生产中，是新一代商用发动机家族中的巅峰之作，实现了轻量化设计、复杂结构制造和性能提升的综合效益。同时，GE还因此建立了第一个增材制造技术工业化航空航天供应链。
GE航空集团总裁兼首席执行官JohnSlattery介绍：“要想创造出改变游戏规则的产品，例如GE9X发动机，就需要世界上最出色的喷气推进技术方面的人才。“目前，没有其他航空发动机能够实现像GE9X发动机这样在尺寸，功率和燃油效率方面如此完美的结合。这款发动机将为我们的航空公司客户提供无与伦比的价值和可靠性。”本期，3D打印技术参考回顾GE9X发动机中3D打印产品的材料、工艺和性能提升情况。
GE9X发动机的3D打印零件包括228枚叶片、28个燃油喷嘴、16个粒子分离器、1个热交换器和1个T25传感器外壳以及8个导流器、1个燃烧室混合器。
TiAl合金叶片
LPT叶片采用TiAl合金，相比传统使用的镍基合金轻50％左右，具有更加优异的强度重量比。由该材料制成的叶片，会使整个低压涡轮机的重量减少20％，同时将使GE9X提高10％的推力。考虑到燃料占航空公司运营成本的比例达到25％，TiAl合金的性能便体现出极大的优势。但TiAl的激光3D打印制造非常困难，GE航空采用的是电子束粉末床3D打印工艺。
CoCr合金燃油喷嘴
3D打印的CoCr合金燃油喷嘴高度集成，但打印的结构只有喷嘴头，里面有14条精密的流体通道。新喷嘴头将原来的20个部件变成了一个精密整体，并与其它组件通过钎焊连接，喷气燃料通过喷嘴内部的复杂流道实现自身冷却。最终，新喷嘴重量比上一代减轻了25%，耐用度提高了5倍，成本效益上升了30%。GE9X发动机包含28个燃油喷嘴，打印材料为CoCr合金，工艺为激光粉末床熔融。
CoCr合金导流器
导流器的作用是减少冷却空气的残留，提高发动机的寿命。每台GE9X发动机包含8个3D打印的导流器，材料使用CoCr合金，采用激光粉末床熔融工艺。3D打印技术将13个零件合并为一个，提高了2倍的寿命。
CoCr合金燃烧室混合器
燃烧室混合器的作用是将空气和燃油充分混合，并将混合物送入燃烧室燃烧产生动力。GE9X发动机包含1个3D打印的燃烧室混合器，使用CoCr合金和粉末床激光熔融工艺，该技术将零件重量减轻了6%，寿命提高了3倍。
铝合金热交换器
GE9X发动机上有1个3D打印的热交换器，使用粉末床激光熔融工艺和铝合金材料。3D打印技术将原先热交换器的163个零件优化成1个整体构件，重量可减轻40%，生产成本可减少25%，并且可提高热交换器的使用寿命。
CoCr合金T25传感器
T25传感器外壳是第一个获得FAA认证的增材制造飞机发动机部件，在用于GE9X之前，已经为400台GE90发动机安装。该零件采用CoCr合金和粉末床熔融工艺，基于3D打印技术优化设计，将原先10个零件合为1个复杂构件直接整体制造。该零件位于高压压缩机的入口处，用于保护传感器电子元件免受冷却气流的冲击。
粒子分离器
粒子分离器的作用是排出发动机中的灰尘、沙子等杂质，能够提高发动机耐久性。该部件以前从未在GE商用喷气发动机中使用，制造难度很大。工程师通过3D打印将多个部件组合成了一个单元。关于其材料和打印工艺未能查询到资料。
其他重要应用案例
合并300个零件，实现简约化制造
在GE的Catalyst涡轮螺旋桨发动机中，中框结构是一个关键的部件，它连接着发动机的多个关键组件，对发动机的整体性能和可靠性至关重要。传统上，这个中框结构由多达300个单独的零件组成，这些零件需要通过焊接、螺栓连接等方式组装在一起，不仅增加了制造的复杂性和成本，还可能导致装配误差和性能不稳定。为了解决这个问题，GE采用了3D打印技术，将原本由300个零件组成的中框结构合并为一个整体零件。这一创新设计不仅简化了制造过程，降低了制造成本，还提高了中框结构的精度和可靠性。
合并150个零件，3D打印1米直径高温合金发动机部件
涡轮中心框架（TCF）外壳，它是现代涡扇发动机的部件，用于固定高压涡轮流入低压涡轮的热气的管道。该部件通常由数百个分开的零件通过螺栓连接、焊接或以其他方式结合在一起。传统上，它们通过铸造和/或锻造制造，需要额外的机加工步骤。GE通过3D打印技术将原本需要150多个零件组成的部件合并为一个整体，直径达到了1米，使重量减轻了约30%，交货时间缩短超过70%，同时还还提升了部件的性能和可靠性
6.5亿美元扩大发动机生产规模，增强3D打印生产能力
通用电气将于今年4月完成分拆，原GE Aviation（GE航空）已更名为GE Aerospace（GE航空航天）。3D打印技术参考注意到，GE航空航天公司于3月宣布，今年计划向其全球制造工厂和供应链投资超过6.5亿美元用于提高其生产能力，满足商业和国防客户不断增长的需求。
其中，美国14个州的22个本土生产工厂将获得近4.5亿美元；部分国际基地将获得1亿美元；另外1亿美元将投资于其美国供应商，以帮助确保该公司的国内供应链。
作为美国本土投资的一部分，1.07亿美元专门用于该公司位于辛辛那提的工厂，以扩大商用和军用飞机发动机的生产规模。特别是，这些资金将用于购买新的3D打印机、工具和其他设备，并升级发动机测试设施。GE航空航天公司位于阿拉巴马州奥本工厂的3D打印能力也将得到扩展，该工厂将获得5400万美元的资金。
在此之前，GE航空航天公司去年也进行了类似投资，投资3.35亿美元以改善其在美国各地工厂的装配、产能提高和基础设施安全。GE航空航天公司是3D打印技术的长期采用者。根据欧洲专利局（EPO）的数据，GE在2001年至2020年间提交的3D打印相关专利数量是所有公司中最多的。
GE采用3D打印技术开发和制造航空发动机部件，具有深远的战略意义。这项技术显著缩短了生产周期，降低了制造成本，同时能够制造出传统工艺难以实现的复杂部件，从而提升了部件的性能和整机的可靠性。此外，3D打印还为实现快速应急维修和备件制造提供了可能，增强了航空发动机的维护效率和灵活性。作为行业领导者，GE的这一举措不仅推动了自身的技术创新，也引领了整个航空发动机制造行业的转型升级，为未来的发展注入了新的活力。
注：本文内容由3D打印技术参考整理编辑，转载请点击转载须知。
