GE9X增材资料大公开，都哪些零件用了什么样的增材技术呢？

来源： 3D打印研究院  作者：郭丹

导读：日前，FAA正式向GE9X发动机颁布了适航许可证，GE公司随即发布了增材制造报告，公开披露了267个通过3D打印制造的零件材料、原因以及方法。今天3D打印研究院带你揭秘GE9X-Additive Manufacturing。

故事要从波音777X首飞成功说起，世界上最大的双发喷气客机波音777X完成首飞，全程3小时51分钟。

这架飞机的机身总长达到了76.7米，载客量达400人-425人。

从北京出发，777X航程可覆盖全球主要目的地。

波音777X还搭载了全球动力最强劲的商用发动机GE9X(终于说到主角了），而且是双引擎！

FAA又给GE9X了适航合格证。

GE9X的风扇直径达到了3.4m，进气道直径为4.5米，它比一架波音737的机身直径大76厘米。也就是说，波音777X上的一具发动机，便可以将波音737的机身“吞”进去。仅比波音767飞机机身直径小20厘米。

涵道比为10：1，其推力可达470千牛（100000磅）。

与上一代GE发动机相比可节省10%~15%燃油消耗。

这个牛逼玩意儿顺便还拿了吉尼斯世界记录。

该发动机还拥有新一代压比达27：1的11级高压压气机、高效率和低排放的第3代TAPS III燃烧室，以及采用陶瓷基复合材料（CMC）的燃烧室和涡轮。

采用电子束粉末床技术制造的低压涡轮叶片相比传统的镍基高温合金轻50％左右，具有优异的比强度，使整个低压涡轮机的重量减少20％，同时将使GE9X提高了10％的推力。

GE9X拥有近300个3D打印的零件

首次将多种材料的增材制造投入到单一航空发动机的生产中。

燃油喷嘴
燃油喷嘴的作用是将燃油雾化(蒸发），使燃油和空气充分混合，加速混合气形成，保证稳定燃烧和提高燃烧效率。

采用3D打印技术，更易实现喷嘴设计的早期迭代，能够将设计更改和试验迅速合并，节省大量时间

每个GE9X发动机有28个燃油喷嘴，采用钴铬合金材料，用3D打印技术将20个零件合并成一个。

寿命提高5倍以上，减重25%，降低成本30%。

该零件是使用Concept Laser M2打印机，通过激光选区熔化技术（SLM）完成制造。

顺便还收购了它。

低压涡轮叶片

每个GE9X发动机有228片低压涡轮叶片，由TiAl合金3D打印而成。

为什么选择TiAl合金？因为它牛逼啊！它轻啊！

具有与镍基合金相同的材料性能，但重量却不到一半！

两百多个！每台发动机减重约400磅（减重50%），推力提高10%以上。

但是！

TiAl合金属于脆性材料，难以铸造，且在冷却过程中容易开裂，所以GE公司通过Arcam EBM A2X设备，采用了比较适用于脆性材料打印的电子束熔化技术（EBM)。

使用电子束熔化技术（EBM)可以控制热梯度，从而避免生产过程中产生收缩与裂纹缺陷。

顺便也收购了它。

T25传感器外壳
GE的T25传感器外壳是首个获得FAA认证的增材制造的飞机发动机部件。

每个GE9X发动机安装1个T25传感器外壳，使用钴铬合金3D打印而成，
为啥用增材？为了提高复杂零件的精度。

传感器的精度要求还是很高的。

将10个零件合并成1个复杂结构零件。从而提高30%的精度。

该零件是使用Concept Laser M2打印机，通过激光选区熔化技术（SLM）完成制造。


燃烧室油气混合器

燃烧室油气混合器的作用先将将空气和燃油充分混合，然后将混合物送入燃烧室燃烧产生动力，主要是为了低排放。

每个GE9X发动机有1个燃烧室油气混合器，由钴铬合金3D打印而成。

该零件是使用Concept Laser M2打印机，通过激光选区熔化技术（SLM）完成制造。

为什么采用增材技术呢？因为传统的工艺很难保证档板加工的一致性，而通过3D打印一体成形可以保证，还能减轻6%的重量并提高3倍使用寿命。


导流器
导流器，它能让发动机排出吸入的灰尘、沙子和其他碎片，延长发动机的使用寿命。

每个GE9X发动机有8个导流器，由钴铬合金3D打印而成。

一体化成型复杂结构，将原本13个零件合成一个内部复杂流道的零件打印出来。提高两倍以上的使用寿命。

该零件是使用Concept Laser M2打印机，通过激光选区熔化技术（SLM）完成制造。

热交换器
热交换器传统上由数十根细金属管焊接组成，用于GE9X的3D打印热交换器具有完全不同的外形。

包括优化的通道和充分利用3D打印设计自由度开发的复杂内部几何形状，通过3D打印一体成形，大大提高了热交换效率。

为什么使用增材技术？更轻、更便宜、更耐用

铝合金（F357）粉末,通过增材技术将原来163个零件合并为一个，不仅减轻40%的重量，还减少25%的生产成本。

ATC的现场负责人Antroine Townes说：“增材制造的独特之处和价值在于设计的灵活性和创新的速度。过去，设计师们受困于既有的制造方法。现在你可以不考虑这些限制，设计最适合发动机的零件，而不是最容易制造的东西。”

EBM技术在航空中的使用越来越广泛，尤其是针对难以铸造的脆性材料。

EBM技术优势：
1、电子束扫描可将粉床加热到合理温度，有利于减小残余应力，防止应力集中导致零件开裂。
2、EBM在真空环境下进行，工作环境洁净可控，防止有害气体元素的影响。
3、EBM使粉末产生假烧结现象，起到自支撑作用，一般不需要添加支撑。

EBM技术劣势：
1、EBM成形零件表面精度差，不如SLM。
2、由于粉末处于假烧结，清粉难，粉末不宜回收再利用。

EBM相关标准：

编号	名称	状态
AMS7011	《电子束粉末床熔融（EB-PBF）工艺的Ti6Al4V航空航天零件增材制造》	起草中
AMS7023	《增材制造用γ钛铝粉末》	起草中
WK72938	《增材制造-设计-第3部分：金属电子束粉末床熔融》	起草中
IOS 52911-3	《增材制造-粉末床熔融技术设计指南-第3部分：金属电子束粉末床熔融》	起草中
VDI 3405 Blatt2	《增材制造工艺，快速制造-金属零件电子束熔化-合格鉴定、质量保证及后处理》	起草中

（图片来源于网络和EG additive）