美国空军希望用3D印刷零件飞行

金属增材制造正在应用于GE F110发动机的油润滑系统部件的生产,该发动机为美国空军的F-16喷气式战斗机提供动力。

采用新的制造技术通常被证明是寻求进入新市场或在现有市场保持领导地位的公司的游戏规则改变者。为了通用电气3D打印是在飞机行业领先于竞争对手的最新工具。

尽管通用电气工程师最初为B-1超音速轰炸机开发了发动机,但到1970年,它已不再被视为领先的供应商。上世纪80年代,通用电气围绕B-1核心设计了一台新发动机,为美国空军的F-16和F-15战斗机提供推进系统,这一观点发生了变化。几十年后,F110喷气发动机仍然为大多数前线的F-16战斗机提供动力。

为了保持机队飞行,美国空军不断寻找最佳的零部件采购方式,包括服役数十年的飞机的关键零部件。这就是为什么美国空军快速保障办公室(RSO)去年接受了通用电气添加剂公司(GE Additive)的代表提出的用3D打印制造某些零件的想法。

这种合作现在正在结出果实。通用电气的工程师正在为通用F110发动机建造一个3d打印的油底壳。GE Additive公司的工程经理博纳(James Bonar)说,油底壳是润滑油润滑系统的一部分,油底壳盖基本上就是一个盖子,但仍然是发动机的关键部件。“与F110发动机的其他部件相比,油底壳盖的功能可能较低,但它非常重要。它需要耐用,形成一个密封,它需要为整个引擎工作。当然,对于F-16这样的单引擎飞机来说,这是至关重要的。”F110发动机。资料来源:葛航空F110发动机。资料来源:葛航空

复杂的形状
通用电气凭借其在3D打印技术方面的广泛专长,能够为3D打印提供支持。该工艺也被称为增材制造,其工作原理是用激光或电子束熔合薄层金属粉末,以制造最终产品。这项技术让工程师们能够创造出昂贵或复杂的形状,而不是通过铸造或冲压来制造。

据Antroine Townes,GE Aviation的添加剂技术中心(ATC)的网站领导者,“添加剂制造的美丽和价值”的设计灵活性和创新速度。“它是GE在航空中的工作的特定福音。

例如,空中交通管制中心的工程师能够利用这项技术将300多个引擎部件组合成7个3d打印的新GE9X引擎部件,通用电气声称这是世界上最强大的喷气发动机。得益于3D打印和其他技术,这款发动机的燃油效率比其前身GE90高10%。

通用航空还依靠3D打印作为催化剂,据通用航空称,这是半个多世纪以来首次将涡轮螺旋桨发动机推向航空市场的“无纸化”设计。通过3D打印技术,通用电气的工程师们将大约800个零件提炼成十几个零件,同时减轻了催化剂的重量,提高了燃料消耗。

3D打印油底壳盖
通用电气与空军RSO的合作建立在这一经验的基础上。”通用电气航空公司高级材料解决方案总经理丽莎·科罗亚·博克利(Lisa Coroa Bockley)说:“美国空军希望从第一天起就加快步伐,尽快获得金属添加剂制造的能力和能力,以提高准备和可持续性。”速度是添加剂的货币。”用于F110喷射发动机的橡胶镀铬块盖。资料来源:GE添加剂用于F110喷射发动机的橡胶镀铬块盖。
资料来源:GE添加剂

在ATC,工程师们使用GE Additive公司的概念激光M2机器,用钴铬粉末制造了第一个凹坑盖。凹坑盖通常由铝铸造而成。

“部分过程中涉及如何探索如何快速消除带铸件的相关风险,以及金属添加剂如何将其替代到不再在生产的部分或我们需要较小的生产运行以保持我们的平台飞行,”解释说:“梅兰尼解释说俄克拉荷马州修补轨道空军基地推进维持部门的首席工程师Jonason。

在这次合作中,美国空军和通用电气使用了软件等领域常见的螺旋发展模式。这一过程从功能较低的单个部件开始,如污水坑盖,然后进一步处理复杂的部件和系统,如热交换器。随着油槽盖项目的1a阶段的进行,团队正在进入1b阶段,重点是油槽盖外壳——TF34发动机的一系列部件。该发动机为美国空军仙童共和国A-10疣猪发动机提供动力,该发动机已经服役超过40年。

“与GE的程序提前提前,在油底壳封面上已经完成的初步工作使我们能够迅速前进,”Tinker空军基地的推进集成分部。“随着我们构建空军的金属添加剂适航计划,每个阶段的完成代表了一个重要的里程碑,因为我们越来越接近获得有资格在我们的飞机中飞行的添加剂部分。”

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