从飞机发动机零部件到人才储备，GE紧密推进增材制造

| 3DScienceValley · 2017/03/10

十余年前，GE航空航天以及其合资子公司CFM 接到了设计一种燃油效率高的喷气式发动机的任务，在团队的努力之下，一款燃油消耗量和排气量得到大幅削减的新型发动机诞生了。

发动机中的燃油喷嘴为新型发动机的出色表现立下功劳，然而喷嘴结构之复杂却让制造过程几经周折。起初使用传统工艺制造的燃油喷嘴由20多个单独的零件焊接而成，制造难度非常大。不过，GE航空航天的工程师对增材制造技术的大胆尝试让困难得以解决。不仅如此，GE也由此打开了增材制造技术的应用之路。在接下来的时间中，GE诠释了更加精彩的增材制造发展路线。

对3D打印燃油喷嘴的大胆尝试

上世纪90年代,GE 航空航天部门的工程师开始与Morris Technology公司合作, 进行新发动机零部件的产品原型制造，快速的验证新的设计方案，但逐渐引起GE工程师们兴趣的是3D打印技术能否承担起复杂零部件批量生产的任务，双方在这个领域的探索，由燃油喷嘴的3D打印开始。

签订了保密协议后，GE将燃油喷嘴设计文件提供给了Morris公司，在经过几天时间之后，Morris公司以镍合金为打印材料制造了这个非常复杂燃油喷嘴。

3D打印喷嘴达到了研发项目组的预期，Morris 3D打印的燃油喷嘴不仅仅是一个整体式的部件，与上一代产品相比，重量还降低了25%，耐用性超过上一代产品的5倍。GE的工程师表示在喷气式发动机的研发中，复杂零件的研发成本是昂贵的，但是增材制造技术的进入使成本有所下降，解除了多年来研发团队为高昂的研发成本所承受的压力。

寻找全新应用点

2012年GE航空航天将Morris收购于麾下，双方的工程师立即开始探索3D打印技术的极限，寻找新的应用点。新的尝试项目是为一架旧的直升飞机3D打印发动机零件，GE航空航天抽调了6名工程师来研究发动机中的哪些部分可以利用3D打印技术进行优化和重新制造。

经过18个月的研究，工程师们发现发动机中几乎一半的结构都可以通过3D打印技术进行重新制造，而使用3D打印技术制造这些零部件并非是对原有的设计进行复制，而是在设计上将原来的方案推倒重来。项目组所取得的成绩是将发动机原有的900个独立零件优化减少至16个，然后再通过3D打印设备完成制造，3D打印的部件重量降低40%，制造成本降低60%。在这次尝试当中，GE并没有与外部的供应商进行合作，而在过去完成一项发动机制造的任务需要10-15个供应商。3D科学谷认为，这意味着3D打印技术对GE供应链的影响初现端倪。

投入到发动机的生产之中

在取得这些成果之后不久，GE成立了3D打印燃油喷嘴批量生产的团队，并在Auburn成立了3D打印工厂专门生产LEAP发动机的燃油喷嘴。LEAP发动机是GE非常热销的一款产品，就在今年年初，GE的子公司CFM获得了价值1700亿美金的LEAP发动机订单。

与此同时，GE的工程师又踏上了新的征程，迎接增材制造的新挑战。GE组建了另一团队进行全新涡轮螺旋桨发动机（ATP）的研发。这一次，GE同样使用了增材制造技术制造经过优化设计的发动机零部件，发动机由原来的855个零件减少至12个，这样简洁的发动机设计和增材制造技术使发动机重量得以降低，燃油的消耗量降幅达20%，发动机的动力提升了10%，研发周期缩短了三分之一。

进入到2016年,GE将增材制造版图扩张至金属3D打印设备领域，发起了对两大著名金属3D打印设备厂商Arcam AB和Concept Laser的收购，Arcam公司的3D打印技术为电子束熔融技术（EBM），Concept Laser的技术为选择性激光熔化（SLM）。Arcam的3D打印技术可打印铝钛（TiAl）合金这种轻量化的难加工材料，目前GE的意大利增材制造工厂用该材料制造GE9X发动机的涡轮叶片。

GE9X发动机是为波音公司的新一代宽体飞机开发的，这款发动机将于2020年左右开始服役，目前GE已经获得了700个订单，价值约280亿美元。在过去的五年中，GE为GE9X发动机研发投入了大量经费，在美国本土的投入达43亿美元，在美国之外的投入达11亿美元。

长远布局

以往取得的种种成绩，对于GE来说仅仅是增材制造之路的起点。GE的管理层表示，长期来看增材制造技术的市场潜力是巨大的，高达750亿美元，GE预计其3D打印设备和服务所能创造的收入将在2020年时达到10亿美元。GE的增材制造工程师相信，终有一天人们可以通过增材制造方式按需生产产品或零部件，这种新的制造模式将替代大规模生产的传统供应链。

GE不仅在3D打印产品研发领域频频发力，人才培养也是GE增材制造布局的重要组成部分。近期，GE Additive (GE 增材制造部门) 在美国辛辛那提开始了增材培训中心（ATC），中心拥有30台金属3D打印机和40台塑料3D打印机。该中心每年将为GE培养数百名工程师，工程师在这里可以尽情的尝试3D打印设备和打印材料，在“学业”完成之后，将增材制造技术应用在GE航空、医疗、能源等部门。