為全面滿足性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)鋪平道路。
Paves the way to a full qualification effort.

普惠發(fā)動(dòng)機(jī)，來源：普惠

堪比鍛造的性能節(jié)約材料與成本

    近日，NDTL-圣母大學(xué)渦輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)室、Norsk Titanium、Pratt＆Whitney – 普惠和TURBOCAM International測(cè)試3D打印的整體葉盤（IBR）進(jìn)入到第二階段。

Norsk Titanium公司，來源：Norsk

     在2018年完成的初始測(cè)試的基礎(chǔ)上，第二階段的測(cè)試將檢查整體葉盤（IBR）的動(dòng)態(tài)特性。這種整體葉盤是通過Norsk革命性的快速等離子沉積?（RPD?）金屬3D打印技術(shù)制造的，目前3D打印的整體葉盤檢驗(yàn)質(zhì)量結(jié)果與普惠公司目前的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)使用的葉盤質(zhì)量相當(dāng)。這些測(cè)試在NDTL-圣母大學(xué)渦輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)室位于印第安納州南本德的世界級(jí)渦輪機(jī)械測(cè)試設(shè)施中進(jìn)行。完成初始測(cè)試后，當(dāng)前測(cè)試程序著眼于IBR的低周期和高周疲勞特性測(cè)試。測(cè)試將包括多個(gè)加速/減速循環(huán)，并研究3D打印-增材制造的葉片上的同步振動(dòng)效應(yīng)。

      在測(cè)試之前，由TURBOCAM進(jìn)行了質(zhì)量評(píng)估。評(píng)估未發(fā)現(xiàn)增材制造常見的可能導(dǎo)致扭曲的殘余應(yīng)力集中的情況。此外，TURBOCAM證實(shí)了Norsk的RPD?技術(shù)所3D打印的整體葉盤非常適合通過傳統(tǒng)的數(shù)控五軸銑削進(jìn)行后期的精加工，與Ti6-4鍛件的質(zhì)量一樣穩(wěn)定。這項(xiàng)工作的最終目標(biāo)是開發(fā)為渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)提供重載所需的復(fù)雜零件，并且還需要證明在成本和時(shí)間進(jìn)度方面比傳統(tǒng)加工方式具備一定優(yōu)勢(shì)。

整個(gè)制造和測(cè)試工作一直由Pratt＆Whitney-普惠進(jìn)行監(jiān)督，普惠正在評(píng)估3D打印整體葉盤在未來發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)中的應(yīng)用。

根據(jù)普惠，利用Norsk快速等離子沉積工藝等增材制造技術(shù)，普惠可以縮短關(guān)鍵渦輪機(jī)械部件的制造和開發(fā)進(jìn)度。

Review

      與我們常見的基于粉末床的選區(qū)熔化金屬3D打印技術(shù)相比，Norsk Titanium公司的快速等離子沉積?技術(shù)是另外一種金屬3D打印技術(shù)，根據(jù)ASTM的歸類，RPD?屬于定向能量沉積（DED)3D打印技術(shù)。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)了解，國(guó)內(nèi)鉑力特通過其自主研發(fā)的DED定向能量沉積技術(shù)（LENS同軸送粉激光熔覆3D打印技術(shù)）在3D打印整體葉盤方面擁有多年的經(jīng)驗(yàn)。

     增材制造（AM）的零部件用于安裝在飛機(jī)上，已經(jīng)有多年的歷史了，但其作用主要局限于非關(guān)鍵部件，如管道系統(tǒng)和內(nèi)飾部件。即使是用于發(fā)動(dòng)機(jī)部件（如著名的GE Leap發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴嘴），其對(duì)零部件的性能要求主要是熱傳導(dǎo)而不是機(jī)械性能。而對(duì)于整體葉盤來說，其挑戰(zhàn)來自熱傳導(dǎo)和機(jī)械性能兩方面，可以說3D打印的整體葉盤如果能夠通過層層航空性能要求測(cè)試，這的確是增材制造業(yè)的里程碑。

不過對(duì)于飛機(jī)應(yīng)用來說，如何獲得認(rèn)證是重要的挑戰(zhàn)。

     因?yàn)轱w機(jī)行業(yè)傾向于認(rèn)證零件設(shè)計(jì)并堅(jiān)持使用該設(shè)計(jì)貫穿整個(gè)飛機(jī)的生產(chǎn)壽命周期。在3D科學(xué)谷看來，普惠的全程參與，對(duì)推動(dòng)3D打印獲得認(rèn)證起到關(guān)鍵的作用。此外，2019年2月，SAE和Norsk Titanium推出了定向能量沉積（DED） 3D打印技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。合作制定的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是AMS7004（關(guān)于Ti-6Al-4V應(yīng)力消除的等離子弧定向能量沉積增材制造的鈦合金預(yù)制件）和AMS7005（送絲等離子弧定向能量沉積增材制造工藝）。新標(biāo)準(zhǔn)確定了航空航天領(lǐng)域的用戶采購(gòu)Norsk Titanium快速等離子沉積（RPD）預(yù)制件的最低要求。這為Norsk Titanium在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展再一次奠定了基礎(chǔ)。

      Norsk Titanium于2017年2月獲得了首個(gè)3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件的FAA適航認(rèn)證。Norsk Titanium的快速等離子沉積?技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到波音的787 Dreamliner飛機(jī)上，可以將零件成本降低30％，并且降低能耗，減少材料的浪費(fèi)，縮短生產(chǎn)周期。考慮到后期需要的熱處理與CNC機(jī)加工過程，3D打印要獲得更多的發(fā)展還面臨著更多的挑戰(zhàn)。

     3D打印技術(shù)正在催生下一代航空航天制造技術(shù)。有趣的是，3D打印技術(shù)之間存在一定的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，對(duì)于每種零件來說，將存在多種3D打印技術(shù)并存的現(xiàn)象。就整體葉盤的3D打印技術(shù)方面，F(xiàn)raunhofer通過粉末床選區(qū)熔化金屬3D打印技術(shù)開發(fā)了完整的點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)整體葉盤工藝鏈：從設(shè)計(jì)到3D打印-增材制造，熱處理，數(shù)控銑削精加工后處理，再到質(zhì)量保證。