印度斯坦航空25KN发动机中的3D打印燃烧室机匣

飞机发动机中有大量复杂的薄壁结构，这些复杂结构的使用减轻了发动机零部件的重量，有利于提高发动机的推重比，但同时也给制造技术带来了更大挑战。我们知道，制造复杂结构零部件是3D打印技术的一大优势，3D打印技术是否能够为飞机发动机复杂薄壁零件的制造创造一定的价值呢？让我们从INTECH DMLS公司通过金属3D打印 技术直接制造飞机发动机燃烧室机匣的应用案例中寻找一些启发。


从设计、打印、后处理到焊接的完整制造工艺

INTECH DMLS成立于2012年，是印度一家提供金属3D打印服务的公司，其创始团队在成立INTECH DMLS之前，已在铸造和机械加工领域积累了25年以上的经验，这些经验也被融合在了INTECH DMLS公司所提供的服务之中,INTECH DMLS公司所提供的服务包括金属零部件的3D打印，以及创造性的产品设计、分析、机加工、后处理和质量检测。

INTECH DMLS通过选择性激光熔化3D打印技术，为客户制造传统制造工艺难加工的复杂结构金属零部件、轻量化零部件。INTECH DMLS为印度斯坦航空公司(HAL)所交付的25KN发动机燃烧室机匣正是一种复杂的薄壁零部件，首个3D打印燃烧室机匣在14个月之前已交付给印度斯坦航空。在过去1年中，该零部件已通过了用户的性能测试，而目前，第二个同样的正在制造中。

25KN发动机燃烧室机匣的制造材料为镍基高温合金，此类零部件不仅具有大型复杂结构，而且对结构完整性要求高。在使用传统制造技术加工此类零件时存在众多难点，例如：零件壁厚较薄，加工时容易变形及产生让刀现象， 难以保证加工精度；在加工时需要将毛坯中的大部分材料作为切削余量加以去除，切削加工量大；由于材料导热性较差，在切削加工中切削温度高，加工硬化现象严重，刀具磨损严重等。

这些难点使发动机燃烧室机匣的制造周期长，制造成本高，INTECH DMLS公司表示传统工艺制造该零部件的周期为18-24个月，而Intech DMLS研发和制造燃烧室机匣的周期为3-4个月,使用的制造工艺包括镍基高温合金机匣的3D打印、热处理、机加工、表面处理，以及对5个独立3D打印部件的激光焊接工艺。

除了制造工艺，3D打印燃烧室机匣与传统制造方式制造的机匣在设计思路上也有所区别，3D打印燃烧室机匣由5 个3D打印的部件激光焊接而成，而传统方式制造的机匣所拥有的部件数量则更多。产品设计思路的转变对于用户来说是一个不小的挑战，INTECH DMLS公司的设计团队与印度斯坦航空共同承担了3D打印燃烧室机匣的设计任务，在产品设计时采用了为增材制造而设计（DFAM:Design for Addictive Manufacturing）的思路。

INTECH DMLS公司的团队将在制造第二个发动机燃烧室机匣的过程中继续优化产品设计。INTECH DMLS已得到了国际航空航天质量管理体系标准 AS9100 C的认证，未来他们将使用金属3D打印技术开发更多的航空发动机零部件。

另据了解，3D打印技术在此类发动机薄壁零部件制造中的应用还包括通过3D打印的熔模进行机匣的精密铸造，此外华南理工大学还提出了通过金属3D打印技术成型复杂形状的薄壁零件，然后通过铸造方法向薄壁零件填充浇铸材料，浇铸材料的熔点低于薄壁零件的熔点，冷却后成型复杂实体零件的方法。最终，这些3D打印技术能为航空发动机制造创造怎样的价值，让我们保持关注。

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来源：3D科学谷