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3D打印在航空制造中的应用

文章出处:3D打印行业点击次数: 次作者:admin
     增材制造俗称3D打印。30多年来,3D打印(扩展阅读:什么是3D打印)从初级的原型样品制作方法逐渐转变为一种新兴的高级制造技术。在航空领域,3D打印正在进入产业化应用,通过选区激光熔化成型技术(SLM)制造出高度复杂的零件,或者以电子束熔化技术(EBM)替代锻造,成为航空企业又一轮技术竞争的载体。扩展阅读:什么是3D打印
 
3D打印在航空制造中的应用
 
     1、打印涡轮叶片铸造型芯
     在铸造金属涡轮叶片时,为了形成高度复杂的内部冷却通道结构,常使用陶瓷铸造型芯。铸造叶片冷却后,将叶片从模具中取出,同时内部的陶瓷型芯需要溶解掉。
     目前,陶瓷铸造型芯的结构越来越复杂,通过传统的注射成型方式已经无法实现。奥地利Lithoz公司采用LCM技术制造陶瓷叶片型芯,可以满足航空航天和电力工业的需求。
     LithaCore 450是由Lithoz公司自主研发用于3D打印陶瓷叶片型芯的硅基材料,制备精度高,烧结后的叶片型芯产品具有非常低的热膨胀率、较高的孔隙率、优异的表面质量和优良的洗滤性等优点。典型的应用有:单晶镍基合金涡轮叶片铸造型芯、定向凝固铸造型芯、等轴铸造型芯。
 
     2、打印发动机支架
     2018年11月1日,GE增材制造宣布,美国联邦航空管理局已批准3D打印支架用于波音747-8机型的GEnx-2B发动机(双转子轴流式大涵道涡轮风扇发动机),该支架将取代传统制造的电动门打开系统支架,其作用是打开和关闭发动机的风扇罩门,制造设备为GEAdditive Concept Laser M2多激光器选区激光熔融系统。
     这款3D打印支架将在GE航空集团阿拉巴马州奥本市的工厂开始批量生产。GE公司表示,与传统方式制造的支架相比,3D打印技术将减少高达90%的材料浪费。在传统支架的制造中,因金属加工而产生的材料浪费约占50%。此外,3D打印支架采用了优化设计方案,重量比传统支架轻10%。
     据了解,这款3D打印支架为GE航空创造了两个“第一”。首先,这是GE 第一个获得认证的由ConceptLaser公司的选区激光熔融设备生产的3D打印零件。其次,这是GE航空第一次完成一种3D打印零件从设计到生产于10个月内开发完成。
     在进行支架生产时,一次打印可以生产4个支架,在构建室中4个支架以互锁设计的形式实现,打印材料为钴铬合金。
     3D打印支架的制造成本低于原有成本,GEnx发动机的订单量为2200台,整体来看节约的成本非常可观,并且3D打印支架比传统支架更轻,将为航空公司节省燃料。
 
     3、打印燃料喷嘴
     2010年,空客将GE生产的LEAP-1A发动机作为A320neo飞机的选配,LEAP发动机中就带有3D打印的燃油喷嘴。2015年5月19日,A320neo飞机首飞成功,装有LEAP发动机的A320neo 同时获得欧洲航空安全局和美国联邦航空管理局的认证。
     2018年10月8日,GE航空工厂庆祝第30000个3D打印燃料喷嘴的成功出货。该喷嘴自2018年以来一直在该工厂生产,标志着规模化增材制造的重要里程碑,预计2019年这种产品将达到40000支。
 
     4、3D打印的其他应用
     2018年,以下信息显示了3D打印在航空航天领域应用进展情况。
     (1)总部位于佛罗里达州的金属3D打印机制造商Sintavia LLC在1月宣布,他们是第一家获得批准生产3D打印飞行零件的公司,零件采用粉末床熔合技术生产。
     (2)波音公司与瑞士欧瑞康集团签署了一项为期五年的合作协议,涉及开发金属3D打印标准工艺和材料。除了通过各种不同材料和机器生产金属部件外,他们将共同收集数据来支持标准3D打印钛金属的生产工艺。他们的研究将首先关注工业化钛粉床融合3D打印,并确保该工艺制造的任何部件都能满足美国联邦航空局和国防部的必要飞行要求。
     (3)FIT和NIK成立了一家名为FITNIK的新合资公司,该公司结合了两家公司的最佳产品,并在飞机研发中心Zhukovsky开展业务。
     (4)威奇塔州立大学国家航空研究所是美国最大的大学航空研发机构,宣布将帮助航空航天工业中的3D打印聚合物创建新的技术标准文件,支持行业对3D打印聚合物的零件认证。
     (5)金属3D打印专家、空客子公司APWORKS宣布,已被航空结构供应商PremiumAEROTEC收购为子公司。两家公司合并后,客户可以使用11个生产单元和各种材料。
     (6)Gefertec与BIAS合作,对其送丝3D打印方法进行鉴定,用于生产大型结构航空航天部件。德国联邦经济事务和能源部资助了该项目,研究了保护气体含量、热输入对钛和铝组件机械性能的影响。
     (7)据预测,到2021年,75%的新型商用和军用飞机将包含3D打印部件。纽约大学Tandon工程学院的研究人员提出了一种保护零件完整性的方法,即将QR码和条形码转换为隐藏在3D打印物体内。
     (8)洛克希德马丁公司与海军研究办公室签订了一份价值580万美元的合同,协助其进一步开发航空航天业3D打印技术应用。
     (9)以定向能源沉积(DED)技术而闻名的BeAM宣布与德国PFW Aerospace公司建立新的合作关系,后者为所有民用空客型号和波音787梦想飞机提供系统和组件。除了DED工艺之外,两者共同致力于为大型民用客机提供3D打印的Ti6Al4V合金部件。


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