【长知识】3D打印核心部分只有核桃般大小 却改变了GE航空发动机制造方式

导读：燃油喷嘴是飞机发动机中一个不起眼的小部件。它像一个戳在两个粗短支架上的水龙头，一只手就可以握住。但把这个小零件造好，却要用上GE历史上最具颠覆性的技术之一——3D打印（又名增材制造）。 

燃油喷嘴是飞机发动机中一个不起眼的小部件。它像一个戳在两个粗短支架上的水龙头，一只手就可以握住。但把这个小零件造好，却要用上GE历史上最具颠覆性的技术之一——3D打印（又名增材制造）。今年10月，GE航空位于阿拉巴马州的奥本工厂，顺利生产了第3万个3D打印燃油喷嘴头。

Josh Mook站在LEAP发动机旁边

用3D打印这么先进的技术，来造这么小的零件，这要从10年前说起。当时，CFM国际公司（GE与法国赛峰飞机发动机公司的平股合资公司）正在研发LEAP发动机，希望它可以减少排放，降低燃油消耗。项目进行过程中，时任GE航空工程负责人的Mohammad Ehteshami意识到，燃油喷嘴头内，迷宫一般复杂的流道将燃油与空气高效混合，可以帮助发动机实现优越的性能。而LEAP项目的成败，很大程度上取决于燃油喷嘴的好坏。

为了设计出优质的燃油喷嘴，Ehteshami组建了一支由顶尖工程师组成的团队攻克这一难题。当时年仅28岁的Josh Mook因为在叶片领域的出色表现，获得了Ehteshami的青睐，于是也加入到了这个团队。很快，Mook就和同事们设计出了一种理想的燃油喷嘴顶部结构。这个结构最终只有核桃般大小，里面却有14条精密的流体通道。

这个设计虽然精妙，但它太过复杂，几乎造不出来。Ehteshami后来回忆道：“我们通过传统的制造加工方式尝试了8次，但每次都失败了。传统方法并不能解决的问题，但3D打印却说不定可以。3D打印机就像一支激光笔一样，根据电脑绘图，一层一层地将细金属粉末熔融成最终形状。这正适合燃油喷嘴这样复杂精密部件的制造。此外，3D打印所产生的废料也比传统生产方法少很多。”

虽然3D打印优势颇多，但当时GE航空只将它用于原型试制，还从未在商业化零件中使用过，更不要说为整个民航机队生产部件了。Mook又与3D打印的先驱人物Greg Morris密切合作，对一批常规3D打印机进行重新设计，使之符合燃油喷嘴的参数要求。通过这种方法生产出的新喷嘴，不再像原来一样，它是一个精密的整体，需要将20个部件焊接在一起。这个新喷嘴重量比上一代轻25%，耐用度是上一代的5倍，成本效益比上一代高30%。Morris的公司最终也被GE收购。

3D打印的燃油喷嘴

这还没完。为了保证LEAP项目按时完成，及时获得联邦航空管理局（Federal Aviation Administration）的认证，GE团队必须加快速度。伴随LEAP订单的不断涌入，GE又需要做好准备，将3D打印用于工业化量产。GE增材制造AddWorks团队负责人Chris Schuppe表示：

“人们认为3D打印就像操作喷墨打印机一样简单，但真实情况并非如此，做好一个燃油喷嘴，需要完美处理3000多层金属粉末，而每一层粉末大约只有一根人类头发丝那么薄。”

AddWorks由近200名工程顾问组成，致力于为客户加快3D打印的推广应用。于是，GE航空又组建了一个新团队，从航空专家到冶金专家，总计100来号人。这个团队专门理顺将3D打印投入大批量生产所需的一系列复杂流程。比如，他们要校准每一台3D打印机，确保其能处理特定产品的材料属性。这件事情也不容易。生产线上每多一台打印机，整个流程就要再走一次。

3D打印机可以根据电脑绘图，将一层一层地细金属粉末熔融成最终形状。（图片来源：Avio Aero）

2015年，GE奥本工厂终于给自己的燃油喷嘴造好了3D打印工厂。凭借40多台3D打印机和奥本大学的人才储备，该工厂在2017年总共交付了8000个燃油喷嘴。

截至目前，工厂完成的3D打印燃油喷嘴头总数已超过3.3万个。

和这个里程碑同样值得庆祝的是，从这里走出的部件已经搭载到了空客A320neo和波音737 MAX飞机的LEAP发动机上。而该款发动机的总订单数量也已经超过1.6万台，总价值超过2，360亿美元。除了LEAP，GE航空还利用增材制造技术，为GE9X等发动机制造传感器、叶片、热交换器和其他部件。GE9X是世界最大的商用喷气式发动机，为波音新的777X宽体飞机开发。

增材制造甚至成就了GE新型涡轮螺旋桨发动机Catalyst，让它打入了小型飞机市场。通过3D打印，工程师们将855个零件整合成了12个部件，极大地增强了Catalyst的竞争力。

对3D打印来说，航空领域只是个开始。如今，汽车、能源、医疗等行业都在积极推动3D打印技术的应用。GE预计，到2020年，GE增材制造的设备、粉末和服务的收入仍将继续增长。一个小小核桃般的部件，背后却正在牵动一场全球制造业的革命，这真是令人叹为观止啊！

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来源：南极熊3D打印网

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