GE的燃油噴嘴，在3D打印業(yè)內(nèi)可謂大名鼎鼎，沒有人不知道。可是，有多少人知道，3D打印參與制造的僅僅是端部的噴嘴頭？有多少人知道它到底位于發(fā)動機中的那個位置、起什么作用？又有多少人知道它有近十年的設(shè)計迭代歷史？本篇一窺其制造歷史。
實際3D打印的部分只是噴嘴頭
燃油噴嘴是飛機發(fā)動機中一個不起眼的小部件，一只手就可以握住。但把這個小零件做好，卻必須借助3D打印，GE將之稱為歷史上最具顛覆性的技術(shù)之一。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。
燃油噴嘴實際大小
用3D打印來制作這么小的零件，要從10年前說起。當(dāng)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，要求減少排放，降低燃油消耗。項目進行過程中，時任GE航空工程負(fù)責(zé)人的Mohammad Ehteshami意識到，項目的成敗很大程度上取決于燃油噴嘴頭部迷宮式的復(fù)雜流道上，該結(jié)構(gòu)將使燃油與空氣高效混合，幫助發(fā)動機實現(xiàn)優(yōu)越性能，同時又要防止噴嘴在接近1600攝氏度的溫度下發(fā)生熔化。
LEAP發(fā)動機及燃油噴嘴安裝位置
噴油嘴的優(yōu)化設(shè)計之路
為了設(shè)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。很快，研究團隊設(shè)計出了一種理想的燃油噴嘴頂部結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)最終只有核桃般大小，里面卻有14條精密的流體通道。
噴油嘴頭部復(fù)雜流道
然而設(shè)計雖然巧妙，內(nèi)部流道卻太過復(fù)雜，它需要將20個部件焊接在一起。研究團隊通過傳統(tǒng)制造加工方式嘗試了8次，均以失敗告終。
發(fā)動機工作原理
時值美國3D打印快速發(fā)展時期，研究團隊決定嘗試新技術(shù)。增材制造的生產(chǎn)方式正適合燃油噴嘴這樣復(fù)雜精密部件，而且3D打印所產(chǎn)生的廢料也比傳統(tǒng)生產(chǎn)方式少很多。然而在此之前，GE航空只是將3D打印用于原型試制，從未用來制造商業(yè)化零件，為民航機隊生產(chǎn)部件更是無從談起。
采用3D打印制造
研究團隊的50名工程師、設(shè)計師和制造專家密切合作，花了四年時間對燃油噴嘴重新設(shè)計、制造原型和最終生產(chǎn)。新噴嘴頭將原來的20個部件變成了一個精密整體，并與其它組件通過釬焊連接，噴氣燃料通過噴嘴內(nèi)部的復(fù)雜流道實現(xiàn)自身冷卻。最終，新噴嘴重量比上一代減輕了25%，耐用度提高了5倍，成本效益上升了30%。
新噴嘴頭將20個組件合而為一
該結(jié)構(gòu)的制造成功，促使GE收購了參與噴嘴頭3D打印的增材制造服務(wù)商。
組建增材制造服務(wù)團隊
為保證LEAP項目按時完成，及時獲得聯(lián)邦航空管理局認(rèn)證，GE團隊必須加快速度。而且伴隨LEAP訂單的不斷涌入，GE需要將3D打印用于工業(yè)化量產(chǎn)。
GE增材制造團隊原來有近200名工程顧問，為加快3D打印推廣應(yīng)用，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多人。該團隊專門理順將3D打印投入大批量生產(chǎn)所需的一系列復(fù)雜流程，包括校準(zhǔn)每一臺打印機，確保能夠打印合格的產(chǎn)品。這件事情也并不容易，生產(chǎn)線上每多一臺打印機，整個流程就要再走一次。
成就
2015年，GE奧本工廠3D打印車間準(zhǔn)備完畢，專門制造包括燃油噴嘴在內(nèi)的復(fù)雜產(chǎn)品。憑借40多臺3D打印機和奧本大學(xué)的人才儲備，該工廠在2017年總共交付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。
2018年10月，GE航空集團慶祝第30000個3D打印的燃油噴嘴
和這個里程碑同樣值得慶祝的是，從這里產(chǎn)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2360億美元。除了LEAP，GE航空還利用增材制造技術(shù)，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。
