3D打印核心部分只有核桃般大小，卻改變了GE制造航空發(fā)動機的方式

燃油噴嘴是飛機發(fā)動機中一個不起眼的小部件。它像一個戳在兩個粗短支架上的水龍頭，一只手就可以握住。但把這個小零件造好，卻要用上GE歷史上最具顛覆性的技術之一——3D打印（又名增材制造）。今年10月，GE航空位于阿拉巴馬州的奧本工廠，順利生產(chǎn)了第3萬個3D打印燃油噴嘴頭。

Josh Mook站在LEAP發(fā)動機旁邊

用3D打印這么先進的技術，來造這么小的零件，這要從10年前說起。當時，CFM國際公司（GE與法國賽峰飛機發(fā)動機公司的平股合資公司）正在研發(fā)LEAP發(fā)動機，希望它可以減少排放，降低燃油消耗。項目進行過程中，時任GE航空工程負責人的Mohammad Ehteshami意識到，燃油噴嘴頭內(nèi)，迷宮一般復雜的流道將燃油與空氣高效混合，可以幫助發(fā)動機實現(xiàn)優(yōu)越的性能。而LEAP項目的成敗，很大程度上取決于燃油噴嘴的好壞。

為了設計出優(yōu)質(zhì)的燃油噴嘴，Ehteshami組建了一支由頂尖工程師組成的團隊攻克這一難題。當時年僅28歲的Josh Mook因為在葉片領域的出色表現(xiàn)，獲得了Ehteshami的青睞，于是也加入到了這個團隊。很快，Mook就和同事們設計出了一種理想的燃油噴嘴頂部結構。這個結構最終只有核桃般大小，里面卻有14條精密的流體通道。

這個設計雖然精妙，但它太過復雜，幾乎造不出來。Ehteshami后來回憶道：“我們通過傳統(tǒng)的制造加工方式嘗試了8次，但每次都失敗了。傳統(tǒng)方法并不能解決的問題，但3D打印卻說不定可以。3D打印機就像一支激光筆一樣，根據(jù)電腦繪圖，一層一層地將細金屬粉末熔融成最終形狀。這正適合燃油噴嘴這樣復雜精密部件的制造。此外，3D打印所產(chǎn)生的廢料也比傳統(tǒng)生產(chǎn)方法少很多。

3D打印機像激光筆一樣，一層一層地將細金屬粉末熔融成最終形狀

雖然3D打印優(yōu)勢頗多，但當時GE航空只將它用于原型試制，還從未在商業(yè)化零件中使用過，更不要說為整個民航機隊生產(chǎn)部件了。Mook又與3D打印的先驅(qū)人物Greg Morris密切合作，對一批常規(guī)3D打印機進行重新設計，使之符合燃油噴嘴的參數(shù)要求。通過這種方法生產(chǎn)出的新噴嘴，不再像原來一樣，它是一個精密的整體，需要將20個部件焊接在一起。這個新噴嘴重量比上一代輕25%，耐用度是上一代的5倍，成本效益比上一代高30%。Morris的公司最終也被GE收購。

3D打印的燃油噴嘴

這還沒完。為了保證LEAP項目按時完成，及時獲得聯(lián)邦航空管理局（Federal Aviation Administration）的認證，GE團隊必須加快速度。伴隨LEAP訂單的不斷涌入，GE又需要做好準備，將3D打印用于工業(yè)化量產(chǎn)。GE增材制造AddWorks團隊負責人Chris Schuppe表示：

“人們認為3D打印就像操作噴墨打印機一樣簡單，但真實情況并非如此，做好一個燃油噴嘴，需要完美處理3000多層金屬粉末，而每一層粉末大約只有一根人類頭發(fā)絲那么薄�！�
AddWorks由近200名工程顧問組成，致力于為客戶加快3D打印的推廣應用。于是，GE航空又組建了一個新團隊，從航空專家到冶金專家，總計100來號人。這個團隊專門理順將3D打印投入大批量生產(chǎn)所需的一系列復雜流程。比如，他們要校準每一臺3D打印機，確保其能處理特定產(chǎn)品的材料屬性。這件事情也不容易。生產(chǎn)線上每多一臺打印機，整個流程就要再走一次。

3D打印機可以根據(jù)電腦繪圖，將一層一層地細金屬粉末熔融成最終形狀。（圖片來源:Avio Aero。）

2015年，GE奧本工廠終于給自己的燃油噴嘴造好了3D打印工廠。憑借40多臺3D打印機和奧本大學的人才儲備，該工廠在2017年總共交付了8000個燃油噴嘴。截至目前，工廠完成的3D打印燃油噴嘴頭總數(shù)已超過3.3萬個。

和這個里程碑同樣值得慶祝的是，從這里走出的部件已經(jīng)搭載到了空客A320neo和波音737 MAX飛機的LEAP發(fā)動機上。而該款發(fā)動機的總訂單數(shù)量也已經(jīng)超過1.6萬臺，總價值超過2,360億美元。除了LEAP，GE航空還利用增材制造技術，為GE9X等發(fā)動機制造傳感器、葉片、熱交換器和其他部件。GE9X是世界最大的商用噴氣式發(fā)動機，為波音新的777X寬體飛機開發(fā)。

增材制造甚至成就了GE新型渦輪螺旋槳發(fā)動機Catalyst，讓它打入了小型飛機市場。通過3D打印，工程師們將855個零件整合成了12個部件，極大地增強了Catalyst的競爭力。

對3D打印來說，航空領域只是個開始。如今，汽車、能源、醫(yī)療等行業(yè)都在積極推動3D打印技術的應用。GE預計，到2020年，GE增材制造的設備、粉末和服務的收入仍將繼續(xù)增長。一個小小核桃般的部件，背后卻正在牽動一場全球制造業(yè)的革命，這真是令人嘆為觀止�。�

來源：GE中國