GE喷嘴真相：3D打印制造的仅是喷嘴头，但效益空前巨大
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GE的燃油喷嘴，在3D打印业内可谓大名鼎鼎，没有人不知道。可是，有多少人知道，3D打印参与制造的仅仅是端部的喷嘴头？有多少人知道它到底位于发动机中的那个位置、起什么作用？又有多少人知道它有近十年的设计迭代历史？本篇一窥其制造历史。
实际3D打印的部分只是喷嘴头
燃油喷嘴是飞机发动机中一个不起眼的小部件，一只手就可以握住。但把这个小零件做好，却必须借助3D打印，GE将之称为历史上最具颠覆性的技术之一。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。
燃油喷嘴实际大小
用3D打印来制作这么小的零件，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，要求减少排放，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，项目的成败很大程度上取决于燃油喷嘴头部迷宫式的复杂流道上，该结构将使燃油与空气高效混合，帮助发动机实现优越性能，同时又要防止喷嘴在接近1600摄氏度的温度下发生熔化。
LEAP发动机及燃油喷嘴安装位置
喷油嘴的优化设计之路
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。很快，研究团队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。
喷油嘴头部复杂流道
然而设计虽然巧妙，内部流道却太过复杂，它需要将20个部件焊接在一起。研究团队通过传统制造加工方式尝试了8次，均以失败告终。
发动机工作原理
时值美国3D打印快速发展时期，研究团队决定尝试新技术。增材制造的生产方式正适合燃油喷嘴这样复杂精密部件，而且3D打印所产生的废料也比传统生产方式少很多。然而在此之前，GE航空只是将3D打印用于原型试制，从未用来制造商业化零件，为民航机队生产部件更是无从谈起。
采用3D打印制造
研究团队的50名工程师、设计师和制造专家密切合作，花了四年时间对燃油喷嘴重新设计、制造原型和最终生产。新喷嘴头将原来的20个部件变成了一个精密整体，并与其它组件通过钎焊连接，喷气燃料通过喷嘴内部的复杂流道实现自身冷却。最终，新喷嘴重量比上一代减轻了25%，耐用度提高了5倍，成本效益上升了30%。
新喷嘴头将20个组件合而为一
该结构的制造成功，促使GE收购了参与喷嘴头3D打印的增材制造服务商。
组建增材制造服务团队
为保证LEAP项目按时完成，及时获得联邦航空管理局认证，GE团队必须加快速度。而且伴随LEAP订单的不断涌入，GE需要将3D打印用于工业化量产。
GE增材制造团队原来有近200名工程顾问，为加快3D打印推广应用，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多人。该团队专门理顺将3D打印投入大批量生产所需的一系列复杂流程，包括校准每一台打印机，确保能够打印合格的产品。这件事情也并不容易，生产线上每多一台打印机，整个流程就要再走一次。
成就
2015年，GE奥本工厂3D打印车间准备完毕，专门制造包括燃油喷嘴在内的复杂产品。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。
2018年10月，GE航空集团庆祝第30000个3D打印的燃油喷嘴
和这个里程碑同样值得庆祝的是，从这里产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2360亿美元。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。
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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：GE喷嘴真相：3D打印制造的仅是喷嘴头，但效益空前巨大