GE公司的新尝试：采用金属3D打印代替铸造，发现成本更加经济
继创新的发动机燃油喷嘴，以及GE9X和Catalyst涡桨发动机大规模使用3D打印零件之后，GE公司似乎已经很久没有大的3D打印新闻发布。然而对于这家世界领先的新技术领袖来说，创新总是在路上。近日，GE公司旗下航空部门展示了金属3D打印如何低成本代替铸造工艺、生产传统无创新设计部件的案例。即便已为铸模付出了巨大成本，但选择金属3D打印依旧经济可行。
第一次发现金属3D打印比铸造要便宜
大多数制造商都难以在支付了铸模费用的情况下，放弃使用铸造而选择金属3D打印，主观上的成本考量都不会将两者相提并论。然而，GE Aviation（GE航空）和GE Additive（GE增材）的合作证明，金属增材制造可以与传统铸件的价格持平。其成功制造的四个3D打印部件将削减多达35％的成本，这足以让管理部门淘汰旧的铸模。
同样重要的是，GE Additive的工程师从识别目标零件到3D打印最终原型，总用时仅10个月，而使用铸造工艺生产这些零件则需要12到18个月甚至更长时间。GE Aviation的增材制造部门负责人表示，这是他们第一次发现金属3D打印比铸造还要便宜，即便在有外部供应商报价的情况下，金属3D打印仍然具有成本优势。
与以往利用零件合并来减少组装从而降低大量成本不同，此次3D打印的零件完全基于铸造模型，没有任何的设计更改。这一发现让GE Aviation着手寻找其他发动机上更多的零件，并采用金属3D打印来降低成本。
零件审查，减少外部依赖，探索金属增材制造与铸造的成本差距
GE Aviation对铸件的年度审核始于2020年初，力求降低现有产品的生产成本，包括外部委托生产的数百种铸件。对于GE Aviation来说，只有少数供应商可以为航空业进行铸造，因此必须确保公司不会过分依赖于特定供应商。如果能够以更少的成本自行制造部件，这无论对于快速生产备件还是降低生产成本，都至关重要。
零件审查的过程需要考虑多种因素，包括零件的尺寸、形状、功能，以及打印材料、工艺是否成熟可靠，还需要考虑后处理步骤的便捷性，例如能否通过机械加工消除表面缺陷以及能否通过钎焊为零件增加配件等等。在零件甄别的过程中，工程师须不断自问，有没有哪些事情一年前做不到而现在在技术上是可行的。
3D打印不仅适合制作复杂零件，对于具有简单形状的零件也易于从现有模型进行打印，从而节省时间并减少铸造所需的模具支出。因此，零件审核同时检查了各种批量生产的零件。到2020年2月，GE Aviation已经确定了180种铸件通过3D打印可以节省成本。为了确保结论的准确性，由GE Aviation和GE Additive工程师组成的团队分别使用各自的生产和财务模型，将其分为几个小组，核算了每个零件的3D打印投资回报率。
最终有几十个零件通过了初步筛选，补充分析选定了其中九个，包括船用燃气轮机、涡扇发动机和一些军事项目的零件。这些零件的材料均是CoCr合金或者Ti-64。在考虑能够使用工厂内部的Concept Laser M2打印的前提下，可选择的零件范围进一步缩小，在优先考虑了基于零件工程资源以及节省成本对发动机计划重要性的因素下，项目团队确定了引气系统适配器盖成为计划的重点。
四个零件的尺寸一致，直径约89mm，高约152mm，均由CoCr合金制成，其作用是处理来自涡轮压缩机部分的热压缩空气。从制造的角度来看，这些零件具有近似的几何形状和相似的功能。项目团队认为M2一次可以打印三个部分，但工程师们很快重新设计了版面，将其增加到四个，这立即提高了生产率，因为打印四个部分和打印三个部分所需的时间大致相同。
该项目的3D打印工程师通过仿真和分析，证明了这些零件的性能与替换的铸件相同。在每一版的打印任务中还增加了测试样条，其中一些位于零件的开口腔中，技术人员因此可以测量每次生产运行的完整性。
END
该项目的意义在于， GE Aviation首次严格按照成本将生产从精密铸造转变为增材制造。这些零件均是一对一的替换，没有进行任何重新设计或零件合并。而采用铸件的设计进行3D打印，不仅在质量上有保证，在生产速度上更是超越铸造。该项目因此可以作为未来工作的参考案例。GE Additive的高级技术负责人也表示，GE Aviation及其增材制造工厂从业务的角度展示了他们所不具备的实力。然而笔者认为，该项目只适于特定情景。
值得玩味的是，该项目能够推进到采用3D打印进行验证的地步却是要归因于疫情。由于去年美国在病毒控制方面持续不力，GE Aviation的奥本增材制造工厂的工作也变得不饱和，增材团队因此有更多精力专注于其他项目。该项目的推进，很大程度上就是为了利用那些闲置的打印机。
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