殷 亮

中國航發(fā)北京航空材料研究院 北京 100000

航空發(fā)動機(jī)是航空器飛行動力的源泉,被稱為飛機(jī)的心臟,也是有著“工業(yè)之花”稱號的國之重器,具有高精密的特點(diǎn),對飛機(jī)的飛行性能及經(jīng)濟(jì)性有著直接影響。當(dāng)前,可以獨(dú)立研制高性能航空發(fā)動機(jī)的國家為數(shù)不多,我國也對此十分關(guān)注。現(xiàn)階段,如何解決發(fā)動機(jī)研發(fā)周期長以及性能難達(dá)標(biāo)的問題是航空發(fā)動機(jī)設(shè)計制造過程中的重中之重。而3D 打印技術(shù)則為航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展帶來了福音,現(xiàn)階段已經(jīng)有部分零件使用3D 打印技術(shù),不僅提升了材料的利用率,同時縮短了異型零件的制造周期。及。

1 3D 打印技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 縮短制作周期,節(jié)約人力物力 3D 打印不像傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù),需要通過制模、加工、裝配等復(fù)雜繁瑣的工序來進(jìn)行,只需要配備一臺計算機(jī)進(jìn)行建模即可,3D 打印的速度也十分迅速,這樣一來,可以讓制作周期更短,并且因為人力物力的減少,在經(jīng)濟(jì)方面也有著很好的節(jié)約作用。

1.2 實(shí)現(xiàn)了個性化定制 信息技術(shù)的不斷發(fā)展,3D 打印技術(shù)通過計算機(jī)建立虛擬模型,可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)的修改、重新定形等個性化定制功能。

1.3 高精度不斷突破 3D 打印技術(shù)可以說是一種數(shù)字化技術(shù),隨著數(shù)字化、信息化技術(shù)的不斷推進(jìn),其優(yōu)越性也越來越明顯,3D 打印精度也隨之提升,目前工業(yè)級別3D 打印機(jī)的打印精度在0.3mm 以下,這是傳統(tǒng)工藝無法匹敵的。

2 航空發(fā)動機(jī)零件的特性

2.1 復(fù)雜性 航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵之處在于其安全可靠性及使用壽命,在航空發(fā)動機(jī)中,發(fā)動機(jī)的排放也是有著嚴(yán)格的規(guī)定。而且航空發(fā)動機(jī)燃燒溫度在2000k左右,如果渦輪葉片沒有冷卻結(jié)構(gòu)的話,將會被高溫直接熔化,這些因素讓航空發(fā)動機(jī)零件結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

2.2 高成本 航空材料質(zhì)量的高低對航空安全有著直接影響,所以航空材料的加工工序多,需要耗費(fèi)大量人力物資,葉片的價格甚至高于黃金,而且航空發(fā)動機(jī)零件在制造的過程中,還有材料損耗的發(fā)生,更是增加了其成本。

2.3 難加工 航空發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子在發(fā)動后擁有上萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速,葉片也要承受巨大的離心力,這些對航空材料有著很高的要求,不僅要耐高溫還要具有高強(qiáng)度才行。目前一些合金材料在航空發(fā)動機(jī)上有著很廣泛的應(yīng)用,比如高溫合金、鈦合金等,這些材料也有著一定的缺點(diǎn),比如切削力大等,而且薄壁零件在加工中很容易發(fā)生變形的情況。

3 3D 打印技術(shù)應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)的優(yōu)勢

航空發(fā)動機(jī)中的復(fù)雜零件制造過程是十分繁復(fù)的,但采用3D 打印技術(shù)后可以實(shí)現(xiàn)一次成型,縮短了制造周期,再加上其制造過程的特殊性,減少了材料的浪費(fèi)。航空發(fā)動機(jī)的推重比十分重要,在制造過程中,如何減輕其重量是關(guān)鍵所在。而3D 打印因不需要進(jìn)行過多裝配,實(shí)現(xiàn)了零件構(gòu)建優(yōu)化,減輕了其重量。傳統(tǒng)的航空發(fā)動機(jī)設(shè)計需要多次調(diào)試才能成功,而3D 打印技術(shù)因為通過計算機(jī)技術(shù)來開展,可以對其更好的控制,提高了效率。最后是發(fā)動機(jī)的葉片在工作時承受著惡劣的環(huán)境,很容易出現(xiàn)裂紋、掉塊等情況,而3D 技術(shù)中的激光熔覆技術(shù)可以更快更便捷的進(jìn)行修復(fù),無形中也延長了發(fā)動機(jī)使用壽命。

4 現(xiàn)階段,3D 打印技術(shù)應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)制造的問題

3D 打印技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)制造中,其精度無法滿足發(fā)動機(jī)精密零件的要求,就目前技術(shù)的發(fā)展情況來看,打印精度的提升空間很大。航空發(fā)動機(jī)的精密零件是不允許任何缺陷存在的,但3D 打印技術(shù)存在孔洞缺陷,雖然孔洞很小,但應(yīng)力分布集中,對于精密零件而言,這些缺陷會帶來巨大的安全隱患。此外,3D 打印技術(shù),現(xiàn)階段停留在小型零件上,對于大尺寸的零件而言,目前3D 打印尚未得到應(yīng)用。

5 總結(jié)語

3D 打印技術(shù)也稱為增材制造技術(shù),這項技術(shù)將材料加工技術(shù)融入了計算機(jī)技術(shù),通過計算機(jī)數(shù)字建模,加上數(shù)控系統(tǒng)將專用材料通過燒結(jié)、熔融、擠壓、光固化以及噴射等方式,實(shí)現(xiàn)了自下而上、從無到有的制造,讓零件制造可以不再用傳統(tǒng)的切削和組裝,從而實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件簡單化的制造。綜上所述,3D 打印技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊,在航空發(fā)動機(jī)制造領(lǐng)域是非常有前景的制造方法,很多公司已經(jīng)著手?jǐn)U展3D 打印規(guī)模,我國也要緊握這項技術(shù),帶動我國工業(yè)的飛速發(fā)展。