增材制造技术在GE9X发动机中的应用

2019-07-31


2019年7月12日,美国GE航空集团宣布旗下GE9X发动机凭借单发超过60.9吨的推力获得世界新吉尼斯记录。GE9X包含七大增材制造部件,共304个零件,首次将多材料和打印工艺投入到单一航空发动机的生产中。基于此,GE航空建立了一个增材制造技术工业化航空航天供应链。

GE9X中七大增材制造部件分别是:燃油喷嘴、T25传感器外壳、热交换器、粒子分离器、5级低压涡轮(LPT)叶片、6级涡轮(LPT)叶片、燃烧室混合器。

识别出适用于增材制造的GE9X组件是非常复杂的。基于LEAP发动机的成功经验,GE9X首先选用了高度集成的增材制造燃油喷嘴。该公司在打印首批燃料喷嘴头之前,首先为超过400台GE90发动机打印过T25传感器外壳,它是第一个获得FAA认证的增材制造飞机发动机部件。T25传感器外壳位于高压压缩机入口处,用于保护传感器电子元件免受冷却气流的冲击,从2015年开始被装配在GE90-94B喷气发动机上。因此,燃油喷嘴和T25传感器外壳成为第一批被选择的增材制造部件。

GE9X热交换器和粒子分离器的选择则不同。热交换器传统上由数十根细金属管焊接组成,用于GE9X的增材制造热交换器具有完全不同的外形,其中包括优化的通道和充分利用增材制造设计自由开发的复杂内部几何形状,通过一体打印而成,大大提高了热交换效率。

粒子分离器作用是排出发动机中的灰尘、沙子等杂质,能够提高发动机耐久性,该部件之前未在GE商用喷气发动机中使用,制造难度很大。区别于传统设计,GE9X粒子分离器通过增材制造技术将多个部件组合成了一个单元。

热交换器和粒子分离器的3D打印一体化制造显示了GE航空制造转型的巨大努力,而采用该技术进行涡轮叶片的制造则是一次巨大的飞跃。叶片采用TiAl合金,相比传统使用的镍基合金轻50%左右,具有更加优异的强度重量比。由该材料制成的叶片,会使整个低压涡轮机的重量减少20%,同时将使GE9X提高10%的推力。考虑到燃料占航空公司运营成本的比例达到25%,TiAl合金的性能便体现出极大的优势。EBM技术被证明可以比激光更高的效率来加工这种材料,每层高达1000°C的预热温度最大程度避免了应力产生。意大利Avio Aero公司基于在TiAl增材制造方面的成功经验而被GE收购,专门进行TiAl合金叶片制造。

除LPT叶片和热交换器外,其他零件均采用钴铬合金由Concept Laser M2制造,主要是由GE增材制造技术中心(ATC)和奥本工厂负责生产。

来源:3D打印技术参考

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