漢勝用3D打印混合增材制造技術來開發整體空心葉片轉子
在航空航天領域，Hamilton Sundstrand是一家低調的公司，然而低調并不代表保守。根據3D科學谷的市場研究，Hamilton Sundstrand正在研究如何通過混合增材制造的方法來獲得具有中空葉片的整體葉片式轉子。
用 于渦輪機和其他機器的整體葉片轉子（IBR），包括葉輪、葉片等是復雜幾何形狀的組成部分。IBR的設計、結構和材料通常決定了渦輪機的運行極限。多年來，為開發新的合金、新的制造技術和新的部件設計，Hamilton Sundstrand作出了大量的努力，從而使得這些新的部件允許在更高的操作溫度下操作，并且這些轉子重量更輕、壽命更長。
傳統上，為了減輕重量，一些燃氣渦輪發動機中的風扇葉片是空心的。每個風扇葉片由兩個單獨的部分組合而成。每一半包括多個腔體和肋結構以減輕重量，并且形成結構合理的內部結構。一半形成壓力側壁，另一半形成吸力側壁。壓力側壁和吸力側壁被肋分離并支撐以形成中空風扇葉片。然后中空風扇葉片在非常高的溫度下經受成形操作，被賦予翼型的幾何形狀。側壁呈彎曲輪廓以形成翼型。然后通過激光焊接或其他連接技術將葉片固定到輪轂或其他元件上。
通過3D打印增材制造IBR是充滿挑戰的，包括如何實現完全平衡的葉片中心，以及如何直接在轂上精確地形成中空空間。此外，熱應力引起在制造過程中形成的各個層的變形是另一大挑戰，由熱應力引起的變形可能非常大以至于不利地影響甚至阻礙后續粉末層的沉積。根據3D科學谷的市場研究，單純通過3D打印的方法來制造IBR，目前并沒有很好的解決方案。
Hamilton Sundstrand開發出通過混合增材制造技術來制造包括轂和多個中空葉片的整體葉片轉子的方法。從輪轂的徑向向外表面連續向外連續地形成多個分段層。在形成多個中空葉片的同時，還在多個中空葉片中形成一個或多個空腔。
圖：具有中空葉片的整體葉片轉子的平面圖
圖：具有中空葉片的整體葉片轉子的一個葉片的平面圖
圖：根據另一實施例的整體葉片轉子的中空葉片的平面圖;
圖：根據另一實施例的整體葉片轉子的一部分的側視圖;
混合制造技術，涉及到增材制造技術和減材制造技術的協作。由于目前還沒有具體的解決方案可以通過單獨使用增材制造工藝來制造中空整體葉片轉子IBR，所以混合增材制造技術成為“另辟蹊徑”的一條思路。根據3D科學谷的市場研究，Hamilton Sundstrand采用的是DMGMORI的SAUER GmbH工廠所提供的混合增材制造設備，可以在工件的相同位置來進行激光金屬沉積和五軸CNC銑削的加工作業。
不過這個過程是充滿挑戰的，在增材制造過程中需要充分減少被困的粉末，而在減材制造過程中則需要清除斷屑，以避免沉積在空腔中。此外，對于粉末的均勻性也有一定的要求，粉末顆粒的大小和形狀可以通過將顆粒通過滑槽分離器，旋轉分離器或其他分選裝置進行分選來控制。
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