GE證明增材制造可以在成本上與鑄造競(jìng)爭(zhēng)的四個(gè)零件

魔猴君  行業(yè)資訊   1300天前

大多數(shù)制造商永遠(yuǎn)不會(huì)夢(mèng)想從熔模鑄造零件轉(zhuǎn)向增材制造制造的零件，尤其是如果他們已經(jīng)為鑄模付費(fèi)的話。然而，這正是 GE航空對(duì)來(lái)自陸地/海洋渦輪機(jī)的四個(gè)引氣部件所做的工作。GE航空和 GE增材制造之間的合作證明，金屬增材制造可以在價(jià)格上與傳統(tǒng)鑄件一較高下。事實(shí)上，工程團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)其四個(gè) 3D 打印部件將削減其成本的 35%。這足以證明永遠(yuǎn)淘汰那些舊鑄模是合理的。

簡(jiǎn)單零件的新制造方法

同樣重要的是，從識(shí)別目標(biāo)零件到 3D 打印最終原型，轉(zhuǎn)換過(guò)程僅用了 10 個(gè)月。通常，使用鑄造工藝生產(chǎn)航空航天和陸地/海洋渦輪機(jī)零件需要 12 到 18 個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間。多年來(lái)，增材制造的競(jìng)爭(zhēng)力越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)于新的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目尤其如此。例如，GE 航空的 LEAP 發(fā)動(dòng)機(jī)的 3D 打印燃料噴嘴將 20 個(gè)不同的零部件整合到一個(gè)單一的結(jié)構(gòu)中。而GE的新型渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)將855 個(gè)零件組合成僅 10 多個(gè) 3D 打印組件，在這兩種情況下（和其他情況），GE 航空都利用了3D打印實(shí)現(xiàn)零件數(shù)量的減少來(lái)節(jié)省大量成本。

通過(guò)GE增材制造的 Concept Laser M2 系列 5 設(shè)備，該設(shè)備的雙激光器熔化金屬層的速度比單獨(dú)的單個(gè)激光器更快，并為復(fù)雜的構(gòu)建產(chǎn)生一致的結(jié)果。M2 的激光器也很強(qiáng)大，功率為 400 瓦或 1 千瓦，可產(chǎn)生 50 微米厚的層。此設(shè)備還有一個(gè) 21,000 立方厘米的構(gòu)建室，可以滿足目前主流零件的制造尺寸需求。

 降低庫(kù)存成本的3D打印

提高生產(chǎn)力可以降低成本，縮短開發(fā)時(shí)間也是如此。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在 2020 年 4 月至 2020 年 9 月之間開發(fā)最終原型，所有四個(gè)部件都用于源自 GE90 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的陸/海用渦輪機(jī)LM9000。

對(duì)于備品備件來(lái)說(shuō)，保持大量的庫(kù)存是不現(xiàn)實(shí)的，為了快速提供后續(xù)的備品備件，通過(guò)原來(lái)的方式制造熔模鑄件也是十分昂貴的，而3D打印帶來(lái)了另辟蹊徑的選擇，以確保備品備件的供應(yīng)不會(huì)受到過(guò)時(shí)和依賴特定供應(yīng)商的成本模型的影響。如果通過(guò)3D打印能以更低的成本制造后續(xù)的備品備件，就可以省錢，并避免將來(lái)增加任何成本。

選擇這四種增材制造零件始于 2020 年初，而決定使用增材制造技術(shù)考慮了多種因素，例如需要考慮3D 打印機(jī)的能力以及零件尺寸、形狀和特征。還需要考慮后處理步驟的簡(jiǎn)便性，例如通過(guò)機(jī)加工消除表面缺陷和通過(guò)釬焊為零件添加配件。

3D打印-增材制造非常適合制造復(fù)雜零件，例如具有內(nèi)部通道的零件。而當(dāng)用于具有簡(jiǎn)單幾何形狀零件的時(shí)候，則是因?yàn)?D打印相對(duì)快速且易于從現(xiàn)有模型打印，并且它們消除了前期時(shí)間和對(duì)鑄造所需的模具的投資。

到 2020 年 2 月，GE 航空?qǐng)F(tuán)隊(duì)已經(jīng)確定了 180 個(gè)他們認(rèn)為 3D 打印可以節(jié)省資金的鑄件。為確保這一點(diǎn)，由 GE航空和 GE增材制造工程師組成的團(tuán)隊(duì)，每個(gè)人都使用自己組織的生產(chǎn)和財(cái)務(wù)模型，分成小組來(lái)計(jì)算3D打印每個(gè)零件的投資回報(bào)率。

左起：通風(fēng)帽、排水帽、空氣帽、加速度計(jì)帽

小試牛刀

GE先是研究了更廣泛的備品備件通過(guò)3D打印生產(chǎn)的可能性，包括其他船舶工業(yè)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)、區(qū)域噴氣渦輪風(fēng)扇和其他零件。這些部件均由 CoCr（一種廣泛用于熱渦輪部件的鈷鉻合金）或 Ti-64（一種用于結(jié)構(gòu)部件的堅(jiān)硬、輕質(zhì)的鈦鋁釩合金）制成。

后來(lái)GE團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步縮小范圍，優(yōu)先考慮基于零件的工程資源和成本節(jié)約對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)劃的重要性。該團(tuán)隊(duì)確定了四個(gè)部件——LM9000 引氣系統(tǒng)的適配器帽。四個(gè)零件的直徑約 3.5 英寸，高約 6 英寸，由 CoCr 制成，以處理來(lái)自渦輪壓縮機(jī)部分的熱壓縮空氣。

從制造的角度來(lái)看，它們共享基本幾何形狀和相似的特征。GE團(tuán)隊(duì)假設(shè) M2 可以一次打印三個(gè)零件，但工程師很快重新設(shè)計(jì)了布局，將其增加到四個(gè)。這立即提高了生產(chǎn)力，因?yàn)榇蛴∷膫€(gè)零件所需的時(shí)間與打印三個(gè)零件所需的時(shí)間大致相同。

通過(guò)模擬和分析，這些零件的性能與更換的鑄件相同。該團(tuán)隊(duì)還為每次打印制作了測(cè)試條，其中一些位于下至構(gòu)建板的蓋子的開放腔中，技術(shù)人員可以測(cè)量每次生產(chǎn)運(yùn)行的完整性。

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