十余年前，GE航空航天以及其合資子公司CFM 接到了設(shè)計(jì)一種燃油效率高的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的任務(wù)，在團(tuán)隊(duì)的努力之下，一款燃油消耗量和排氣量得到大幅削減的新型發(fā)動(dòng)機(jī)誕生了。

     發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃油噴嘴為新型發(fā)動(dòng)機(jī)的出色表現(xiàn)立下功勞，然而噴嘴結(jié)構(gòu)之復(fù)雜卻讓制造過程幾經(jīng)周折。起初使用傳統(tǒng)工藝制造的燃油噴嘴由20多個(gè)單獨(dú)的零件焊接而成，制造難度非常大。不過，GE航空航天的工程師對增材制造技術(shù)的大膽嘗試讓困難得以解決。不僅如此，GE也由此打開了增材制造技術(shù)的應(yīng)用之路。在接下來的時(shí)間中，GE詮釋了更加精彩的增材制造發(fā)展路線。

 對3D打印燃油噴嘴的大膽嘗試

    上世紀(jì)90年代,GE 航空航天部門的工程師開始與Morris Technology公司合作, 進(jìn)行新發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的產(chǎn)品原型制造，快速的驗(yàn)證新的設(shè)計(jì)方案，但逐漸引起GE工程師們興趣的是3D打印技術(shù)能否承擔(dān)起復(fù)雜零部件批量生產(chǎn)的任務(wù)，雙方在這個(gè)領(lǐng)域的探索，由燃油噴嘴的3D打印開始。

簽訂了保密協(xié)議后，GE將燃油噴嘴設(shè)計(jì)文件提供給了Morris公司，在經(jīng)過幾天時(shí)間之后，Morris公司以鎳合金為打印材料制造了這個(gè)非常復(fù)雜燃油噴嘴。

   3D打印噴嘴達(dá)到了研發(fā)項(xiàng)目組的預(yù)期，Morris 3D打印的燃油噴嘴不僅僅是一個(gè)整體式的部件，與上一代產(chǎn)品相比，重量還降低了25%，耐用性超過上一代產(chǎn)品的5倍。GE的工程師表示在噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)中，復(fù)雜零件的研發(fā)成本是昂貴的，但是增材制造技術(shù)的進(jìn)入使成本有所下降，解除了多年來研發(fā)團(tuán)隊(duì)為高昂的研發(fā)成本所承受的壓力。

 尋找全新應(yīng)用點(diǎn)

     2012年GE航空航天將Morris收購于麾下，雙方的工程師立即開始探索3D打印技術(shù)的極限，尋找新的應(yīng)用點(diǎn)。新的嘗試項(xiàng)目是為一架舊的直升飛機(jī)3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)零件，GE航空航天抽調(diào)了6名工程師來研究發(fā)動(dòng)機(jī)中的哪些部分可以利用3D打印技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化和重新制造。

    經(jīng)過18個(gè)月的研究，工程師們發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)中幾乎一半的結(jié)構(gòu)都可以通過3D打印技術(shù)進(jìn)行重新制造，而使用3D打印技術(shù)制造這些零部件并非是對原有的設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)制，而是在設(shè)計(jì)上將原來的方案推倒重來。項(xiàng)目組所取得的成績是將發(fā)動(dòng)機(jī)原有的900個(gè)獨(dú)立零件優(yōu)化減少至16個(gè)，然后再通過3D打印設(shè)備完成制造，3D打印的部件重量降低40%，制造成本降低60%。在這次嘗試當(dāng)中，GE并沒有與外部的供應(yīng)商進(jìn)行合作，而在過去完成一項(xiàng)發(fā)動(dòng)機(jī)制造的任務(wù)需要10-15個(gè)供應(yīng)商。3D科學(xué)谷認(rèn)為，這意味著3D打印技術(shù)對GE供應(yīng)鏈的影響初現(xiàn)端倪。

 投入到發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)之中

     在取得這些成果之后不久，GE成立了3D打印燃油噴嘴批量生產(chǎn)的團(tuán)隊(duì)，并在Auburn成立了3D打印工廠專門生產(chǎn)LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴嘴。LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)是GE非常熱銷的一款產(chǎn)品，就在今年年初，GE的子公司CFM獲得了價(jià)值1700億美金的LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)訂單。

     與此同時(shí)，GE的工程師又踏上了新的征程，迎接增材制造的新挑戰(zhàn)。GE組建了另一團(tuán)隊(duì)進(jìn)行全新渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)（ATP）的研發(fā)。這一次，GE同樣使用了增材制造技術(shù)制造經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，發(fā)動(dòng)機(jī)由原來的855個(gè)零件減少至12個(gè)，這樣簡潔的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和增材制造技術(shù)使發(fā)動(dòng)機(jī)重量得以降低，燃油的消耗量降幅達(dá)20%，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力提升了10%，研發(fā)周期縮短了三分之一。

     進(jìn)入到2016年,GE將增材制造版圖擴(kuò)張至金屬3D打印設(shè)備領(lǐng)域，發(fā)起了對兩大著名金屬3D打印設(shè)備廠商Arcam AB和Concept Laser的收購，Arcam公司的3D打印技術(shù)為電子束熔融技術(shù)（EBM），Concept Laser的技術(shù)為選擇性激光熔化（SLM）。Arcam的3D打印技術(shù)可打印鋁鈦（TiAl）合金這種輕量化的難加工材料，目前GE的意大利增材制造工廠用該材料制造GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片。

    GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)是為波音公司的新一代寬體飛機(jī)開發(fā)的，這款發(fā)動(dòng)機(jī)將于2020年左右開始服役，目前GE已經(jīng)獲得了700個(gè)訂單，價(jià)值約280億美元。在過去的五年中，GE為GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)投入了大量經(jīng)費(fèi)，在美國本土的投入達(dá)43億美元，在美國之外的投入達(dá)11億美元。

 長遠(yuǎn)布局

     以往取得的種種成績，對于GE來說僅僅是增材制造之路的起點(diǎn)。GE的管理層表示，長期來看增材制造技術(shù)的市場潛力是巨大的，高達(dá)750億美元，GE預(yù)計(jì)其3D打印設(shè)備和服務(wù)所能創(chuàng)造的收入將在2020年時(shí)達(dá)到10億美元。GE的增材制造工程師相信，終有一天人們可以通過增材制造方式按需生產(chǎn)產(chǎn)品或零部件，這種新的制造模式將替代大規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)供應(yīng)鏈。

      GE不僅在3D打印產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域頻頻發(fā)力，人才培養(yǎng)也是GE增材制造布局的重要組成部分。近期，GE Additive (GE 增材制造部門) 在美國辛辛那提開始了增材培訓(xùn)中心（ATC），中心擁有30臺(tái)金屬3D打印機(jī)和40臺(tái)塑料3D打印機(jī)。該中心每年將為GE培養(yǎng)數(shù)百名工程師，工程師在這里可以盡情的嘗試3D打印設(shè)備和打印材料，在“學(xué)業(yè)”完成之后，將增材制造技術(shù)應(yīng)用在GE航空、醫(yī)療、能源等部門。

(責(zé)任編輯：admin)

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