增材制造技术在航空发动机中的应用及发展

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1、新视点NEWVIEWPOINT增材制造技术在航空发动机中的应用及发展闫雪，阮雪茜（中国航发商用航空发动机有限责任公司，上海201108）[摘要]随着增材制造技术的不断发展，在航空航天领域的研究与应用越来越广泛。本文主要介绍了增材制造技术在航空发动机中的发展现状以及应用前景，分析了目前增材制造技术的不足。关键词：航空发动机；增材制造；铸造DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2016.21.070目前增材制造技术及产品在航发展情况的基础上，分析了金属增材空航天、汽车、生物医疗、文化创意制造

2、技术在发动机产品中的应用。等领域得到了初步应用。由于增材增材制造的能量源主要有激光制造工艺较传统工艺具有独特的优（激光束、光纤激光等）、电子束和电势，越来越受到发动机设计及制造行弧，增材制造的材料可以分为高分业的重视。2006年5月Rolls-Royce子材料和金属材料，材料的形式可公司发布的一篇标题为“Net-Shape分为粉末、液体和丝材等。按照成ProcessingAppliedtoAero-Engine形方式不同，增材制造技术主要包[1]Components”报告中指出，增材制括光固化立体造型（St

3、ereolithography造能够降低原材料成本；减少工装Apparatus，SLA）、选择性激光烧结准备时间进而减少零件生产时间；（SelectedLaserSintering，SLS）、激光实现近净成形，减少或取消粗加工操直接沉积（LaserMeltingDeposition，作，并减少精加工余量；用于产品修LMD）、选区激光熔化（SelectiveLaser闫雪复，降低产品生命周期的整体成本；Melting，SLM）、电子束选区熔化博士，现任中国航发商用航空发动使创新的设计成为可能，如整体化（Ele

4、ctronBeamMelting，EBM）等（工机有限责任公司材料工艺部增材制造团队主管工程师。设计和阶梯功能性设计。2015年2艺原理见表1）。目前这些工艺方法月28日，我国工业和信息化部公布在航空发动机零部件的制备过程中《国家增材制造产业发展推进计划均有一定的应用与研究。增材制造（Additive（2015~2016年）》，根据计划，到2016Manufacturing,AM）技术诞生于20年初步建立较为完善的增材制造产增材制造技术在航空世纪80年代末，被认为是制造技术业体系，整体技术水平保持与国际同发

5、动机中的应用的一次革命性突破。增材制造从三步，在航空航天等直接制造领域达到结合目前已有的技术成果以及维模型出发实现零件的直接近净成国际先进水平，在国际市场上占有较航空发动机零部件的特点，增材制造[2]形制造，主要优势体现在所制造产品大的市场份额。国内外学者针对技术在航空发动机中的应用主要有的复杂程度、生产制造的范围、生产航空发动机行业做了相关内容的研以下几方面：（1）成形传统工艺制造[3-12]效率、满足客户个性化需求等方面。究，在介绍增材制造工艺原理及难度大的零件；（2）制备长生产准备70航空制造技术·2

6、016年第21期新视点NEWVIEWPOINT表1增材制造主要工艺类型实现了首飞。相较于采用传统锻造+机加工+焊接工艺生产的燃油，采用工艺工艺原理增材制造技术制备的燃油喷嘴减少SLA利用紫外激光束使液态光敏树脂固化，逐层生成制件了大量零件的焊接组装工作，同时设SLS在材料粉末中混合某种粘结剂，用小功率激光烧结成形毛坯，然后对坯体进行适当计了更为复杂的内部结构提高零部的后处理，最终得到制件件性能。该项技术被评为全球2013利用高能量激光束将与光束同轴喷射或侧向喷射的金属粉末直接熔化为液态，通LMD过运动控制，

7、将熔化后的液态金属按照预定的轨迹堆积凝固成形，获得从尺寸或形年十大技术突破之一，技术成熟度状上非常接近于最终零件的“近形”制件[13-14]TRL>8，已经通过FAA适航认证。基于分层叠加制造原理，利用高能量激光束逐层熔化金属粉末成形复杂结构金属SLMTiAl基金属间化合物具有低密零件基于离散-堆积成形原理，以高能量密度和高能量利用率的电子束作为加工热源，度、高比强度、高熔点和高温条件下EBM对材料进行完全熔化成形的三维实体零件制造方法；真空条件及电子束是EBM与优异的抗蠕变性和抗氧化性，被认为LMD和SL

8、M的主要区别是可替代镍基高温合金的新型轻质周期零件，通过减少工装，缩短制造造工艺最好也是应用最广的技术支高温结构材料。TiAl基合金大部分周期，降低制造成本；（3）制备高成撑。有3种快速制作铸模的增材制采用铸锭冶金技术、精密铸造、热等[12]本材料零件，提高材料利用率以降低造方式（1）增材制造塑料模型，：静压等成形技术，但是制备过程中会原材料成本；（4）高成本发动机零件从而翻制铸型；（2）增材制造蜡模，出现粗大枝