金屬3D打印技術(shù)助力航空發(fā)動機(jī)耙式氣流測頭總體成本降低74%

來源：通快/TRUMPF


耙式氣流測頭是一種用于發(fā)動機(jī)開發(fā)的部件,，能夠獲取高精度的溫度和壓力讀數(shù)，以幫助工程師評估發(fā)動機(jī)性能,。直接安裝在發(fā)動機(jī)氣流路徑上的耙式氣流測頭必須滿足極高的標(biāo)準(zhǔn)要求,，這樣才能承受極端的溫度、拉伸和壓縮載荷,。因此,，耙式氣流測頭是一種高度復(fù)雜的部件，必須符合精確的尺寸要求,，同時具有光滑的空氣動力學(xué)表面,，才能實現(xiàn)精確的測量。

耙式氣流測頭具體位置, 來源：通快

四個精心打磨的組件通過手工裝配和單獨焊接,，才構(gòu)成一個耙式氣流測頭,。其核心處有幾條用作通道的內(nèi)管，壁厚小于 0.3 mm,。這些通道需要插入耙式氣流測頭細(xì)長主體的后部,，并焊接在 Kiel 頭上的適當(dāng)位置。然后將耙式氣流測頭主體用蓋板密封,。

“必須以最高的精度插入那些精細(xì)的通道,，”López-Vidal（Ramen 公司研發(fā)經(jīng)理）解釋說�,！爸灰�有一個 Kiel 頭焊接不正確,，整個耙式氣流測頭都將報廢。Kiel 頭的尺寸公差為+/-0.05 mm,，具有狹窄的連續(xù)開口,，其末端集成有流量傳感器,。”

Ramen 工程師發(fā)現(xiàn),，增材制造是精密耙式氣流測頭的理想制造方法。而實現(xiàn)這一任務(wù)的挑戰(zhàn)在于,，必須設(shè)計一個與增材制造兼容的方式,。但是前期生產(chǎn)中出現(xiàn)耙式氣流測頭變形的情況，打印過程也不順利,，狹窄通道中沉積了粉末和其他固體,。此外，增材制造工藝無法滿足尺寸精度,、光滑度,、無孔耙面等各種要求。

增材制造的耙式氣流測頭,，來源：通快

一次偶然的機(jī)會,，López-Vidal 及其團(tuán)隊在 2017 年法蘭克福國際精密成型展（Formnext）上蒞臨了通快展位，并和通快團(tuán)隊討論了他們所面臨的問題,。通快團(tuán)隊開始尋找有效的解決方案,。打印過程中最具挑戰(zhàn)性的是部件方向問題，鑒于無法將這些部件連接到易損的 Kiel 頭或部件內(nèi)的任何位置,，所以必須對齊部件,，這樣才能在沒有支撐結(jié)構(gòu)的情況下進(jìn)行打印。還必須排除熱變形的風(fēng)險,。這并非易事,，因為耙式氣流測頭很薄且上部體積很大。這次的打印制造使用了 TruPrint 1000 ,。該機(jī)器的成型空間約為 100 mm x 100 mm,，具有 200 W 的激光，適用于增材制造精密結(jié)構(gòu),。這臺機(jī)器成功制造了符合所有要求的首個原型,。3D 掃描證明，原型具有所需的幾何精度,；同時通過顯微照片,，確定了 99.95% 的密度。

但專家們渴望獲得更準(zhǔn)確的信息,，因此他們將原型發(fā)送給了 X 射線和計算機(jī)斷層掃描檢查系統(tǒng)開發(fā)商和生產(chǎn)商 Yxlon,，以進(jìn)行 CT 掃描。Yxlon 驗證了通道的連續(xù)性和孔的大小,。通快專家還確定并檢查了部件內(nèi)部 40 多個測量值,。測量結(jié)果表明：部件通道清晰,，滿足所需尺寸精度，并且孔徑小于100 μm,。因為重新設(shè)計部件縮短了生產(chǎn)時間,，而且使用的材料量減少了約 80%�,？傊�,，通過 3D 打印耙式氣流測頭，總體成本降低了約 74%,。而在這一行業(yè)中,，這可是一個影響全局的數(shù)字。

López-Vidal 還堅信,，這一部件制造歷程標(biāo)志著增材制造將能夠為航空航天業(yè)提供更加實用的解決方案,。耙式氣流測頭只是增材制造應(yīng)用的一個小小縮影，關(guān)鍵在于要積極采用新方法,，讓決策者及時了解增材制造所帶來的全新機(jī)遇,。