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3D打印技术改变航空发动机巨头开发产品方式

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-03-11  来源:民航资源网  浏览次数:82
3D打印技术改变航空发动机巨头开发产品方式
  图:3D打印技术可以减少浪费

据flightglobal报道,现代宽体喷气式发动机通常都是大型、复杂的金属结构,但拥有直径1.5米钛合金前轴承座(FBH)的罗·罗遄达xwb - 97发动机的结构设计却并非如此。从根本上改变工厂到车间,新组件,原型和方案升级的速度,可能引发航空制造业中的革命。

  FBH用以支撑低压和中压压气机的转子轴承,完全是通过添加剂层制造技术(ALM)制造的,也称为3D打印技术。当今年晚些时候包含这部分组件的A350WB-97在罗·罗公司的波音747飞行试验台上试飞后,将是第一次在如此大的机载发动机组件上使用ALM技术。

近年来ALM已经是飞机结构构件的最大热点之一,虽然不是所有人都确信,但许多人认为它最终可能和复合材料一样对工业有重大影响。在过去的几年中,罗·罗公司的竞争对手美国通用电气(General Electric)开创了这一技术在制造业方面的运用,并且罗·罗公司本身使用ALM进行小规模的维修也差不多有十年了。

然而,当其他人还在使用ALM技术制造一些小零件时, 罗·罗公司已经开始测试他们工程师的能力,以建立一个大型的复杂的结构,能够形成工作发动机的部件。近几个月来这个轴承座已经好几次通过在遄达XWB-97上进行地面测试,这个发动机是为空客A350-1000准备的专用发动机,罗·罗公司声称它现在已经可以飞行。

  ALM技术俗称3D打印技术,以数字模型文件为基础,通过电子束将金属粉末融化,并严格的一层一层地按照蓝本构造成复杂的形状。它主要用在工业建设中较小的部分,也许拳头般大小。然而,罗·罗已经使用“未来的项目和技术”来“建立更大的组件”,艾伦·纽比首席工程师说。“这是一个提升我们未来竞争力的关键技术,”他说。“我们发展得很快,技术有很多潜力”。

那么,除了能制造复杂和强大的机器,为什么ALM技术这么重要? 对于任何开发工程师来说,有两个原因:生产的成本和速度。在生产成本方面,关键在于减少了浪费。加工机械工具的传统方法是一块金属切削成所需的形状,而ALM技术是分层构造出来的。“你不用切削金属,”纽比解释道“你直接完成了构造。”与此相关的是新设计部件在使用ALM技术后可以提升30%的速度。纽比表示,这使得理想的原型,作为新工具并没有被设计和计划。“缩短制造时间近三分之一给了我们更多的时间来设计,这始终是一个好处,”他说。因为劳斯莱斯不是“受约束的传统制造方法”,他补充道,“我们也能生产设计,否则我们不能够做这件事”。

  尽管ALM组件在遄达XWB发动机上搭载的时间不长,但是也不希望看到它或类似的生产部分是在97年代第一代A350WB生产线上生产。纽比表示,它将需要一段时间的技术工业化。可能要多久,他不会透露。“我们不想固定一个日期。在做出生产承诺之前我们仍有很多工作要做,中间所的时间是弹性的,”他说。
  纽比认为,不久的将来飞机上很多部件可能采用ALM技术方式来完成,但不是全部。首先,这项技术很明显不适合复合材料,甚至有些金属零件也无法使用这项技术。“这不是适合所有组件,你必须确保你选择正确的。我们现在正处于试炼阶段,看看哪些组件可受益,”他说。

在大西洋的另一边,GE公司也早已涉及了ALM技术。早在2012年它收购了辛辛那提的邻居,家族企业莫里斯技术,早在1990年代中期ALM技术的先驱者。在阿拉巴马州和意大利工厂将生产ALM组件为CFM国际发动机,将为A320neo和波音737提供动力,就像GE9X为波音777 x的那样。

  和GE公司一样,罗·罗公司也买进在专业的ALM发展技术。遄达XWB的轴承座是由英国的谢菲尔德大学机械制造技术中心的专家设计,这是一个成立于2010年的机构,召集成员包括劳斯莱斯、空客、联合利华和学术研究者,就像瑞典公司Arcam。
  在过去的两年里,罗·罗公司发布了新一代的发动机Advance和UltraFan,其中包含一系列的新技术,包括复合材料风扇叶片、低排放燃烧系统,第一次应用在飞机发动机、变速箱。
  尽管三年前退出窄体客机市场,并放弃了普惠合作,并在商业航空市场失去大部分份额,但罗·罗公司还表示,希望在未来十年回到单通道市场。然而,要做到这一点,它必须需要拿出超越现有CFM和普惠的最新一代产品的技术。
  纽比说在罗·罗公司,他的工作就是“交付业务选项”给他的上司,至于是否通过使用ALM技术来制造更高效的飞机发动机,新的窄体发动机设计或电力风扇等更为先进的部件。他承认部分挑战是“工程师”的心态,让其改变使用传统方法如锻造和铸造的习惯而使用ALM技术。
  然而,ALM技术打开更大的创新的可能性,因为实验原型可以快速设计和试验,而使用传统方法并不能如此。纽比认为,ALM技术仅仅是处于起步阶段。他说“我们还只是皮毛”。
(本篇译文由华晨不是BMW团队提供) 

 

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