3D 打印在航空发动机制造上的应用刍议

殷 亮

中国航发北京航空材料研究院 北京 100000

航空发动机是航空器飞行动力的源泉,被称为飞机的心脏,也是有着“工业之花”称号的国之重器,具有高精密的特点,对飞机的飞行性能及经济性有着直接影响。当前,可以独立研制高性能航空发动机的国家为数不多,我国也对此十分关注。现阶段,如何解决发动机研发周期长以及性能难达标的问题是航空发动机设计制造过程中的重中之重。而3D 打印技术则为航空发动机的发展带来了福音,现阶段已经有部分零件使用3D 打印技术,不仅提升了材料的利用率,同时缩短了异型零件的制造周期。及。

1 3D 打印技术的特点

1.1 缩短制作周期,节约人力物力 3D 打印不像传统工业技术,需要通过制模、加工、装配等复杂繁琐的工序来进行,只需要配备一台计算机进行建模即可,3D 打印的速度也十分迅速,这样一来,可以让制作周期更短,并且因为人力物力的减少,在经济方面也有着很好的节约作用。

1.2 实现了个性化定制 信息技术的不断发展,3D 打印技术通过计算机建立虚拟模型,可以实现参数的修改、重新定形等个性化定制功能。

1.3 高精度不断突破 3D 打印技术可以说是一种数字化技术,随着数字化、信息化技术的不断推进,其优越性也越来越明显,3D 打印精度也随之提升,目前工业级别3D 打印机的打印精度在0.3mm 以下,这是传统工艺无法匹敌的。

2 航空发动机零件的特性

2.1 复杂性 航空发动机的关键之处在于其安全可靠性及使用寿命,在航空发动机中,发动机的排放也是有着严格的规定。而且航空发动机燃烧温度在2000k左右,如果涡轮叶片没有冷却结构的话,将会被高温直接熔化,这些因素让航空发动机零件结构更加复杂。

2.2 高成本 航空材料质量的高低对航空安全有着直接影响,所以航空材料的加工工序多,需要耗费大量人力物资,叶片的价格甚至高于黄金,而且航空发动机零件在制造的过程中,还有材料损耗的发生,更是增加了其成本。

2.3 难加工 航空发动机的转子在发动后拥有上万转的转速,叶片也要承受巨大的离心力,这些对航空材料有着很高的要求,不仅要耐高温还要具有高强度才行。目前一些合金材料在航空发动机上有着很广泛的应用,比如高温合金、钛合金等,这些材料也有着一定的缺点,比如切削力大等,而且薄壁零件在加工中很容易发生变形的情况。

3 3D 打印技术应用于航空发动机的优势

航空发动机中的复杂零件制造过程是十分繁复的,但采用3D 打印技术后可以实现一次成型,缩短了制造周期,再加上其制造过程的特殊性,减少了材料的浪费。航空发动机的推重比十分重要,在制造过程中,如何减轻其重量是关键所在。而3D 打印因不需要进行过多装配,实现了零件构建优化,减轻了其重量。传统的航空发动机设计需要多次调试才能成功,而3D 打印技术因为通过计算机技术来开展,可以对其更好的控制,提高了效率。最后是发动机的叶片在工作时承受着恶劣的环境,很容易出现裂纹、掉块等情况,而3D 技术中的激光熔覆技术可以更快更便捷的进行修复,无形中也延长了发动机使用寿命。

4 现阶段,3D 打印技术应用于航空发动机制造的问题

3D 打印技术在航空发动机制造中,其精度无法满足发动机精密零件的要求,就目前技术的发展情况来看,打印精度的提升空间很大。航空发动机的精密零件是不允许任何缺陷存在的,但3D 打印技术存在孔洞缺陷,虽然孔洞很小,但应力分布集中,对于精密零件而言,这些缺陷会带来巨大的安全隐患。此外,3D 打印技术,现阶段停留在小型零件上,对于大尺寸的零件而言,目前3D 打印尚未得到应用。

5 总结语

3D 打印技术也称为增材制造技术,这项技术将材料加工技术融入了计算机技术,通过计算机数字建模,加上数控系统将专用材料通过烧结、熔融、挤压、光固化以及喷射等方式,实现了自下而上、从无到有的制造,让零件制造可以不再用传统的切削和组装,从而实现了复杂结构零件简单化的制造。综上所述,3D 打印技术的应用前景广阔,在航空发动机制造领域是非常有前景的制造方法,很多公司已经着手扩展3D 打印规模,我国也要紧握这项技术,带动我国工业的飞速发展。