GE航空航天公司投资6.5亿美元扩大3D打印喷气发动机的生产规模

2024年3月，美国能源跨国公司通用电气(GE) 的航空航天部门GE Aerospace 宣布，2024年计划向其全球制造工厂和供应链投资超过6.5亿美元，希望这项投资能够提高其生产能力，从而满足商业和国防客户不断增长的需求。


△波音 777X 喷气式飞机和 GE9x 发动机

2024 年的投资计划将使 GE Aerospace 扩大LEAP发动机（由3D打印制造）的生产，这些发动机由GE 与法国航空航天制造商赛峰集团的合资企业CFM International开发，为空客A320neo、波音737 MAX 和中国商飞C919 飞机提供动力。   这笔资金还将用于全面生产该公司的GE9X 发动机，该发动机具有 300 多个 3D 打印零件，该发动机专为波音 777X 喷气式飞机设计。   

GE Aerospace 首席执行官 H. Lawrence Culp 表示：“我们正在对航空航天领域中重要的供应商和合作伙伴进行重大投资，这些投资是 GE Aerospace 前进的一部分，目的是支持尖端设备和安全增强，将帮助我们满足客户不断增长的需求。”

在此消息发布之前，GE Aerospace 宣布下个月将成为一家完全独立的公司。GE 计划于2024 年 4 月 2 日分拆其GE Vernova发电业务，GE Aerospace将成为该公司唯一剩余的业务。 此后，GE将更名为GE Aerospace，完成GE向三个独立组织的转型。其医疗部门GE Healthcare已经于 2023 年 1 月成为一家独立公司。   

GE Aerospace扩大产能
GE Aerospace2024年预计投资6.5亿美元，其中4.5亿将用于其位于美国 14 个州的 22 个设施投资近 4.5 亿美元，1亿美元将用于国际基地的建设，另外1亿美元将投资于其美国供应商，以帮助确保GE的供应链。   

作为美国投资的一部分，1.07亿美元专门用于GE位于辛辛那提的工厂，以扩大商用和军用飞机发动机的生产规模。这些资金将用于购买新的3D打印机、工具和其他设备，并升级发动机测试设施。GE Aerospace位于阿拉巴马州奥本工厂的3D打印能力也将得到扩展，该工厂将获得5400万美元的资金，以期这些升级将加速发动机部件的生产，北卡罗来纳州将获得 4600 万美元来扩大产能和提高质量。  

GE Aerospace 位于印第安纳州的特雷霍特工厂还将投资500万美元，将进行硬件和建筑本身的升级，以提高窄体和宽体飞机发动机的生产。此外，GE Aerospace还计划斥资3000万美元，支持在马萨诸塞州林恩进行军用直升机和战斗机发动机的组装和测试。

GE Aerospace 2023年也进行了类似投资，投资了3.35亿美元，以改善其在美国各地工厂的装配、提高产能和安全基础设施。同时，GE Aerospace将在其美国工厂雇用1,000多名新员工，进一步提高产能。      


△使用增材制造制造的功能性喷气发动机零件

GE航空航天公司的3D打印
GE航空航天公司是增材制造的长期采用者，据欧洲专利局（EPO）的数据，GE在2001年至2020年间 提交的3D打印相关专利数量是所有公司中最多的。GE Aerospace 的每台 LEAP 发动机都包括 19 个 3D 打印燃油喷嘴，与 CFM56 发动机相比，燃油效率提高了 15%。实现这种效率的关键是减轻重量，GE具有里程碑意义的3D 打印燃油喷嘴头比传统制造的同类产品轻 25%，耐用性提高五倍。

LEAP 喷嘴还具有复杂的几何形状，可在喷气燃料进入燃烧室之前进行预混合，从而进一步提高发动机效率。自 2016 年投入使用以来，GE已生产了数十万个喷嘴，这是航空航天领域大批量 3D 打印的一个重要里程碑。

GE Aerospace 自 2013 年以来一直在开发和测试其 GE9X 发动机，拥有 134,300 磅的推力，大部分零件都是 3D 打印的。在这里，增材制造被大量用来制造具有传统制造方法无法实现的几何形状的零件。   

2019 年，GE宣布每台 GE9X 发动机均采用 300 个 3D 打印部件，这些部件组合在一起形成大部件，包括 GE 的3D 打印燃料喷嘴，以及温度传感器、燃料混合器、热交换器、分离器和一英尺长的低压涡轮叶片，有助于减轻发动机的重量。据GE介绍，3D打印使GE9X发动机的燃油效率比GE90提高了10%。


△GE 的全 3D 打印 LEAP 燃油喷嘴

增材制造推动航空航天业发展

GE航空航天并不是唯一一家致力于通过增材制造扩大航空航天零部件生产规模的公司。   工业金属 3D 打印机制造商AddUp和法国航空航天公司达索航空 (Dassault Aviation)合作，推动金属 3D 打印从航空业的“原型设计”走向“批量生产”。 该项目于 2022 年宣布，为期五年，旨在开发、鉴定和整合多材料金属 3D 打印工艺，该工艺针对生产经过 2 级和 3 级认证的飞机部件进行了优化。该项目被称为 AEROPRINT，旨在实现稳定与金属 3D 打印相比，在质量、可重复性和竞争力方面。  

航空航天和国防承包商Lockheed Martin、金属 3D 打印机制造商Velo3D和航空航天零件检测公司Vibrant与美国国防部 (DoD) LIFT 研究所合作。 通过此次合作，合作伙伴评估了3D 打印高超音速冲压发动机的有效性。与涡轮喷气发动机不同，冲压发动机拥有很少的运动部件，并且可以实现高超音速（5 马赫以上）飞行速度，项目的最终目标是确定哪些材料和制造工艺为实现高超音速飞行提供最有效的途径。  

冲压发动机组件采用 Velo3D 的激光粉末床融合 (LPBF) 技术进行 3D 打印，并接受 Vibrant 基于声学的过程补偿共振测试 (PCRT)，此过程能够评估关键的物理特性，例如应力状态、零件完整性、几何形状和表面光洁度，研究的下一阶段将测试 3D 打印零件的疲劳行为。