全球最强悍的GE9X航空发动机上应用的304个3D打印零部件详解

 

GE9X是世界上最大的航空发动机，风扇直径达3.4m，进气道直径为4.5m，布置形式为双转子，1-3-11-2-6，涵道比9.9:1，总压比60，推重比5.2。其推力可达470千牛，相较于上一代GE航空发动机可节省10%-15%的燃油消耗。

 

 

增材制造技术在GE9X发动机的制造中发挥着重要作用，GE9X拥有如此出色的效能，与3D打印技术的加持有很大关系。GE9X发动机首次将多种材料和打印工艺投入到单一航空发动机的生产中，共采用了304个3D打印的零件，其中包括燃油喷嘴、低压涡轮叶片等关键零部件。基于此，GE航空建立了第一个增材制造技术工业化航空航天供应链。

 

每个GE9X发动机上有28个燃油喷嘴，材料为钴铬合金，采用3D打印技术加工而成。3D打印燃油喷嘴可以减少加工制造成本，提高其使用寿命。

2. 低压涡轮叶片

 

每个GE9X发动机上有228片低压涡轮叶片，材料为TiAl合金，采用适用于脆性材料成形的电子束粉末床3D打印技术加工而成。TiAl合金相比传统的镍基高温合金具有优异的比强度，可使低压涡轮重量减少20％。

每个GE9X发动机上有1个T25传感器外壳，材料为CoCr合金，基于3D打印技术通过优化设计将原先10个零件合为1个复杂构件直接整体制造。目前已经超过400台GE90安装了3D打印的T25传感器外壳，改型零件是GE首个获得FAA认证的增材制造的飞机发动机部件。

4. 燃烧室混合器

 

每个GE9X发动机上有1个燃烧室混合器，材料为钴铬合金，采用3D打印技术加工而成。3D打印技术可以使得该混合器减少6%的重量，使用寿命可提高3倍。

5. 导流器

 

每个GE9X发动机上装有8个导流器零件，材料为CoCr合金，采用3D打印技术加工而成。3D打印技术将原先导流器的13个零件优化成1个整体构件，使用寿命可提升2倍。

6. 热交换器

 

每个GE9X发动机上有1个热交换器，材料为铝合金，采用3D打印技术加工而成。3D打印技术将原先热交换器的163个零件优化成1个整体构件，重量可减轻40%，生产成本可减少25%，并且可提高热交换器的使用寿命。

识别出适用于增材制造的GE9X组件非常复杂。作为第一个获得FAA认证的增材制造飞机发动机部件，以及在LEAP发动机上取得的成功经验，T25传感器外壳和燃油喷嘴成为第一批被选择的部件。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。LPT叶片的3D打印制造非常困难，采用电子束粉末床技术制造的TiAl合金相比传统的镍基合金轻50％左右，具有更加优异的强度重量比，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。

GE航空指出，采用增材制造进行批量生产，需要仔细规划、对潜在风险的认识以及对细节的极大关注。如果方法得当，增材制造可以带来巨大的益处，如缩短生产周期、节约成本、整合零部件数量、减少浪费，提高可持续性和加强供应链等等。显然，GE航空取得了成功。

9. GE9X发动机的总压力比为60:1，是所有使用中的发动机中最高的压力比。这意味着发动机可以最有效地利用进气，从而提高燃油效率。