3D打印可以將原本通過多個構件組合的零件進行一體化打印，這樣不僅實現了零件的整體化結構，避免了原始多個零件組合時存在的連接結構（法蘭、焊縫等），也可以幫助設計者突破束縛實現功能最優化設計。一體化結構的實現除了帶來輕量化的優勢，減少組裝的需求也為發動機打開提升效益的想象空間，并成為下一代發動機研發技術的搶灘高地。

圍繞著發動機的3D打印，美國聯合技術(UTC)關于燃氣渦輪發動機自冷卻孔結構的3D打印情況。本期，讓我們共同領略美國聯合技術公司如何通過3D打印開發帶中空壁熱屏蔽結構的燃料噴射器。

      燃氣渦輪發動機通過使一定體積的高能量氣體通過多級葉片來驅動渦輪機產生旋轉軸功率。軸功率可用于驅動風扇或螺旋槳以產生飛機推力，這種推力可以為飛機系統提供動力，或用來驅動工業燃氣輪機來進行發電。據了解，為了產生具有足夠能量來驅動渦輪機的氣體，燃燒過程涉及到將燃料流注入燃燒室內的高速壓縮空氣流中。燃料通常被細微地霧化并渦旋以確保與壓縮空氣的高度混合，從而產生高的燃料燃燒率。為了霧化燃料噴射器中的燃料，必須使空氣流過噴射器內的復雜通道和孔口以與燃料夾帶。一種使燃料絕熱的方法是在噴射器內提供死空氣空間，然而，這些空間通常由兩個相鄰的噴射器相互作用形成，3D科學谷了解到這需要多個部件的精確加工，部件的匹配和相鄰部件的密封都極具加工挑戰。此外，相鄰部件之間的接頭會降低絕緣空間的效率。因此，需要具有改進的絕緣特性的燃料噴射器。

      從部件上來說，燃料噴射器包括隔熱罩、燃料管和多個支撐構件。支撐構件徑向地置于隔熱罩和燃料管之間。美國聯合技術公司 (UTC) 通過基于粉末床的金屬3D打印增材制造工藝來構建噴射器部件主體，并且從噴射器部件主體移除殘余金屬粉末。

圖：具有中空壁熱屏蔽的燃料噴射器

圖：燃燒器的橫截面圖

圖：具有軸向空氣旋流器和具有中空壁熱屏蔽的燃料噴射器的透視圖

圖：具有中空壁熱屏蔽的整體燃料歧管和徑向空氣旋流器的燃料噴射器中心體的分解圖

圖：具有中空壁熱屏蔽的整體式燃料歧管和徑向空氣旋流器的燃料噴射器中心體的透視圖

圖：燃料噴射器中心體的透視圖

圖：燃料噴射器中心體的透視圖（機加工后）

     通過基于粉末床的選擇性金屬熔融3D打印技術，美國聯合技術公司可以構建噴射器的主體。將鈦或鎳基合金之類的粉末金屬層層鋪疊在粉末床上，并且基于STL文件使用激光來選擇性地熔融金屬粉末。根據3D科學谷的市場研究，美國聯合技術公司每次添加約0.0005英寸（〜0.0127mm）至約0.001英寸（〜0.0254）厚的層。然后，有必要在部件完成制造之后去除殘留在內部空隙或空間內的金屬粉末。金屬3D打印在制造具有內部空間的燃料噴射器部件過程中發揮了主要作用，而內部空間又通過多個孔或端口連接到部件的外部。

    當然殘留粉末的去除也是一門技術活，根據3D科學谷的市場研究，美國聯合技術公司除振動和振動之外，還通過施加壓縮或加壓的空氣來移除粉末材料。

(責任編輯：admin)

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