大多數(shù)制造商永遠(yuǎn)不會夢想從熔模鑄造零件轉(zhuǎn)向增材制造制造的零件，尤其是如果他們已經(jīng)為鑄模付費(fèi)的話。然而，這正是 GE航空對來自陸地/海洋渦輪機(jī)的四個引氣部件所做的工作。GE航空和 GE增材制造之間的合作證明，金屬增材制造可以在價格上與傳統(tǒng)鑄件一較高下。事實(shí)上，工程團(tuán)隊預(yù)計其四個 3D 打印部件將削減其成本的 35%。這足以證明永遠(yuǎn)淘汰那些舊鑄模是合理的。

簡單零件的新制造方法

同樣重要的是，從識別目標(biāo)零件到 3D 打印最終原型，轉(zhuǎn)換過程僅用了 10 個月。通常，使用鑄造工藝生產(chǎn)航空航天和陸地/海洋渦輪機(jī)零件需要 12 到 18 個月或更長時間。多年來，增材制造的競爭力越來越強(qiáng)，對于新的飛機(jī)發(fā)動機(jī)項目尤其如此。例如，GE 航空的 LEAP 發(fā)動機(jī)的 3D 打印燃料噴嘴將 20 個不同的零部件整合到一個單一的結(jié)構(gòu)中。而GE的新型渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)將855 個零件組合成僅 10 多個 3D 打印組件，在這兩種情況下（和其他情況），GE 航空都利用了3D打印實(shí)現(xiàn)零件數(shù)量的減少來節(jié)省大量成本。

通過GE增材制造的 Concept Laser M2 系列 5 設(shè)備，該設(shè)備的雙激光器熔化金屬層的速度比單獨(dú)的單個激光器更快，并為復(fù)雜的構(gòu)建產(chǎn)生一致的結(jié)果。M2 的激光器也很強(qiáng)大，功率為 400 瓦或 1 千瓦，可產(chǎn)生 50 微米厚的層。此設(shè)備還有一個 21,000 立方厘米的構(gòu)建室，可以滿足目前主流零件的制造尺寸需求。

 降低庫存成本的3D打印

提高生產(chǎn)力可以降低成本，縮短開發(fā)時間也是如此。項目團(tuán)隊在 2020 年 4 月至 2020 年 9 月之間開發(fā)最終原型，所有四個部件都用于源自 GE90 渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的陸/海用渦輪機(jī)LM9000。

對于備品備件來說，保持大量的庫存是不現(xiàn)實(shí)的，為了快速提供后續(xù)的備品備件，通過原來的方式制造熔模鑄件也是十分昂貴的，而3D打印帶來了另辟蹊徑的選擇，以確保備品備件的供應(yīng)不會受到過時和依賴特定供應(yīng)商的成本模型的影響。如果通過3D打印能以更低的成本制造后續(xù)的備品備件，就可以省錢，并避免將來增加任何成本。

選擇這四種增材制造零件始于 2020 年初，而決定使用增材制造技術(shù)考慮了多種因素，例如需要考慮3D 打印機(jī)的能力以及零件尺寸、形狀和特征。還需要考慮后處理步驟的簡便性，例如通過機(jī)加工消除表面缺陷和通過釬焊為零件添加配件。

3D打印-增材制造非常適合制造復(fù)雜零件，例如具有內(nèi)部通道的零件。而當(dāng)用于具有簡單幾何形狀零件的時候，則是因為3D打印相對快速且易于從現(xiàn)有模型打印，并且它們消除了前期時間和對鑄造所需的模具的投資。

到 2020 年 2 月，GE 航空團(tuán)隊已經(jīng)確定了 180 個他們認(rèn)為 3D 打印可以節(jié)省資金的鑄件。為確保這一點(diǎn)，由 GE航空和 GE增材制造工程師組成的團(tuán)隊，每個人都使用自己組織的生產(chǎn)和財務(wù)模型，分成小組來計算3D打印每個零件的投資回報率。

左起：通風(fēng)帽、排水帽、空氣帽、加速度計帽

小試牛刀

GE先是研究了更廣泛的備品備件通過3D打印生產(chǎn)的可能性，包括其他船舶工業(yè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)、區(qū)域噴氣渦輪風(fēng)扇和其他零件。這些部件均由 CoCr（一種廣泛用于熱渦輪部件的鈷鉻合金）或 Ti-64（一種用于結(jié)構(gòu)部件的堅硬、輕質(zhì)的鈦鋁釩合金）制成。

后來GE團(tuán)隊進(jìn)一步縮小范圍，優(yōu)先考慮基于零件的工程資源和成本節(jié)約對發(fā)動機(jī)計劃的重要性。該團(tuán)隊確定了四個部件——LM9000 引氣系統(tǒng)的適配器帽。四個零件的直徑約 3.5 英寸，高約 6 英寸，由 CoCr 制成，以處理來自渦輪壓縮機(jī)部分的熱壓縮空氣。

從制造的角度來看，它們共享基本幾何形狀和相似的特征。GE團(tuán)隊假設(shè) M2 可以一次打印三個零件，但工程師很快重新設(shè)計了布局，將其增加到四個。這立即提高了生產(chǎn)力，因為打印四個零件所需的時間與打印三個零件所需的時間大致相同。

通過模擬和分析，這些零件的性能與更換的鑄件相同。該團(tuán)隊還為每次打印制作了測試條，其中一些位于下至構(gòu)建板的蓋子的開放腔中，技術(shù)人員可以測量每次生產(chǎn)運(yùn)行的完整性。

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