欧盟委员会和欧洲航空航天工业资助的清洁天空 2 计划是目前正在进入最后阶段的一项重要研究计划，旨在让燃油效率更高的航空运输技术尽早部署。围绕着这个目标，作为 Clean Sky 2 计划的三个核心合作伙伴，GE展示了直接金属激光熔化工艺增材制造的直径一米的镍合金 718零件，是目前最大航空航天零件之一。

        该零件将150 多个零部件合二为一，从传统铸造转向增材制造可将成本和重量降低约30%，交货时间从九个多月减少到两个半月。

金属 3D 打印直径1米的镍合金 718涡轮机框架外壳
© GE

 更清洁的蓝天

        欧盟的《欧洲绿色协议》规定，与 1990 年的水平相比，到 2050 年，交通运输的排放量需要减少 90%，而航空业将承担重要减排责任。航空业自2005年以来的行动和努力的确提高了平摊到每位乘客的燃油效率。未来的优先事项包括推动低排放的监管措施，下一代飞机发动机和推进系统以及可持续的航空燃料。

      Clean Sky 2清洁航空计划符合欧盟绿色协议到 2050 年实现碳中和的目标，计划到 2035 年推出颠覆性新产品，目标是到2050年取代75%的运营机队。与 2014 年当时最先进的发动机技术相比，Clean Sky 2 计划正在整合、演示和验证能够将二氧化碳排放量以及一氧化二氮 (NOx) 和噪音排放量减少多达 30% 的技术。除了研究下一代发动机技术，另一个目标是在欧洲发展强大且具有全球竞争力的航空工业和供应链。

       GE航空先进技术(GE AAT) 慕尼黑团队的总部位于德国慕尼黑，是 Clean Sky 2 计划的三个核心合作伙伴，该团队以确定发动机硬件、优势、设计、制造流程，并与Clean Sky 2计划的目标相关联。

 改变大型金属增材制造零件的游戏规则

为响应 Clean Sky 2 的目标，汉堡科技大学 (TUHH)、德累斯顿工业大学 (TUD) 和软件企业Autodesk 于2018 年组成了研究小组，被选中支持 GE AAT 慕尼黑设计和制造大型大型金属增材制造组件——高级增材制造涡轮中心框架（TCF）外壳。这个项目包括关键部件的设计和生产、验证和鉴定，以及全尺寸金属 3D 打印外壳的最终交付。

航空航天增材制造应用发展方向
© 3D科学谷白皮书

经过近六年的研发和工程设计，该研究小组最近公布了采用 GE增材制造的直接金属激光熔化 (DMLM) 3D打印技术制造的镍合金 718 大型 TCF 外壳。其中，Autodesk 在这项研究中的作用是通过优化设计结构和流体性能，将 150 多个零件整合为一个零件，开发出轻型、高性能的涡轮中心框架外壳。

3D科学谷了解到，该TCF 外壳是为航空航天工业生产的最大的增材制造零件之一，专为零件直径约为一米或更大的窄体发动机而设计。构成传统涡轮机中心框架外壳的 150 多个独立零件合并为一个整体设计，通过3D打印实现TCF外壳的结构一体化，以单件式设计解决方案来生产这种大幅面引擎硬件，同时降低成本、重量，缩短制造交货时间，从而获得竞争优势。

根据GE AAT 慕尼黑技术和运营部，团队希望将部件重量减轻 25%，同时改善二次气流的压力损失，并大幅减少部件数量以改善维护成本。

通过完整外壳的最终3D打印，这些目标已经实现并超过了。团队最终能够将重量减轻约 30%。还将制造提前期从九个月减少到两个半月，减少了大约 75%。

 减少对铸件和未来应用的依赖

3D 打印 TCF 外壳除了在性能、重量、成本效益和减少废料方面的进步之外，最大的影响可能是对抗供应链中断。在传统制造中对铸造存在着高度的依赖性，涡轮中心框架是现代涡扇飞机发动机的固有部件，用作从高压涡轮流入低压涡轮的热气管道。传统上，它们是通过铸造和/或锻造制造的，然后是进一步的CNC铣削/车削机加工步骤。

© 3D科学谷白皮书

      由于高度管制的航空航天业对适航硬件的严格要求，获得批准的铸锻件供应商数量非常有限。这造成了较长的交货时间和高成本。在这些挑战，由于涡轮中心框架不是旋转部件，这使得其成为3D打印-增材制造的理想选择。

     为确保满足所有工程要求，包括在特定燃料消耗中提高 0.2% 的性能优势，整个团队的专家对设计进行了技术准备水平 (TRL) 和制造准备水平 (MRL) 4 以及多个制造方面的审查。

       更重要的，这种针对发动机框架的新型增材制造设计解决方案不仅限于未来发动机的涡轮中心框架，还可以用于现有和传统的发动机中心框架。例如涡轮后框架 (TRF)、低压涡轮机外壳和涡轮中间框架 (TMF)。此外，还可以很容易地转化为其他类似的细分引擎零件制造。

       学术界的参与对于该项目的整体成功至关重要，通过与工业界密切合作，利用学术界的基础研究和跨界的不同技术，成为欧洲大型技术计划的重要组成部分。该项目采用跨学科合作来设计硬件，并利用精益制造概念，并引入了许多创新和创造性的设计功能和解决方案，以降低压力、热梯度和应力。

       该团队继续设计并制造了一种新型三孔探头，用于测量增材制造 TCF 套管上的压力损失，与传统设计相比，压力损失降低了约 90%。TCF 外壳经过了广泛的空气/热力和机械测试，以满足工程要求。

(责任编辑：admin)

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