3D打印技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修中的應(yīng)用

來源：3D打印研究院

3D打印技術(shù)近幾年的發(fā)展飛速,，在國內(nèi)外的航空領(lǐng)域，都屬于前沿研究技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域之一,。而3D打印在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用不僅是關(guān)鍵零部件制造,，它在航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修應(yīng)用中也日漸受到重視。首先和大家科普一下,，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維修場景都涉及些什么：

1,、發(fā)動(dòng)機(jī)維修零備件的采購
2、發(fā)動(dòng)機(jī)戰(zhàn)場裝備的應(yīng)急維修
3,、航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修中零部件的再制造

發(fā)動(dòng)機(jī)維修零備件的采購就一個(gè)字,，難。

01 一般這些零備件的采購包括到壽件,、易損件,、必?fù)Q件等。

國內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)狀是“多品種,，小批量”而且仍有部分進(jìn)口發(fā)動(dòng)機(jī)服役,，導(dǎo)致備件種類繁多且不可相互代替。所以零備件采購后的庫存管理存在很多問題,，例如：
1,、需要使用的備件缺貨，導(dǎo)致影響生產(chǎn)進(jìn)度,；
2,、大量庫存過期或老化，造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi),；
3,、庫存運(yùn)營成本高，需要大量的空間和人力盤點(diǎn)和維護(hù)庫存,，等等
利用3D打印制造出所需要的零備件,，使原本采用傳統(tǒng)方法短時(shí)間內(nèi)無法滿足設(shè)備、工藝等基礎(chǔ)條件的航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修企業(yè)也具備了零部件制造能力,，既節(jié)約了制造成本,，又縮短了維修周期,。

02 在未來信息化高技術(shù)戰(zhàn)爭中，戰(zhàn)場上如果需要更換毀損部件,，那么發(fā)動(dòng)機(jī)戰(zhàn)場裝備的應(yīng)急維修也是重中之重,。
應(yīng)急維修最主要的條件就是“及時(shí)”、“快速”,。如果在戰(zhàn)場上無法及時(shí)制造毀損不見,，那么可能會(huì)出現(xiàn)裝備某個(gè)零部件出現(xiàn)故障卻無法維修的窘境。
但是采用3D打印設(shè)備可以直接在戰(zhàn)場上把所需要的部件制造出來,，裝配后再投入戰(zhàn)場,，真正地做到了“應(yīng)急”搶修。

03 在歐美國家,，航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零部件如壓氣機(jī)葉片,、渦輪葉片等的再制造技術(shù)是被嚴(yán)密封鎖的關(guān)鍵核心技術(shù)，因?yàn)槊慨?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)都會(huì)導(dǎo)致這些零部件損傷報(bào)廢嚴(yán)重,，成為制約發(fā)動(dòng)機(jī)維修周期和成本的主要因素。

其實(shí)以上三個(gè)維修應(yīng)用場景的核心就是3D打印技術(shù)的制造與再制造,，適用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)金屬零部件制造與再制造的3D打印技術(shù)主要如下圖：

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)維修零備件的采購和發(fā)動(dòng)機(jī)戰(zhàn)場裝備的應(yīng)急維修的兩個(gè)場景中,，主要涉及的都是利用3D打印技術(shù)來制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，而3D打印研究院其實(shí)已經(jīng)針對(duì)這個(gè)方面發(fā)表了幾篇文章,。

所以今天的重點(diǎn)就在于,，3D打印技術(shù)在維修與再制造發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的應(yīng)用。

在這個(gè)過程中應(yīng)用了一個(gè)技術(shù)概念,，那就是“3D打印再制造”,，也稱為“增材修復(fù)技術(shù)”，指的就是融合了3D 打印技術(shù)和再制造技術(shù),。
近年來,，進(jìn)入實(shí)施階段的3D打印再制造技術(shù)種類包括了：激光再制造技術(shù)、再制造毛坯快速成型技術(shù),、冷/熱噴涂技術(shù),、各類堆焊等。
然而,，像噴涂技術(shù)或者各種堆焊技術(shù)都存在一定的局限性,。

例如熱噴涂技術(shù)，其涂層內(nèi)部存在1%~2%的孔隙率,，涂層與基體結(jié)合強(qiáng)度低,；堆焊技術(shù)在進(jìn)行大面積沉積作業(yè)的時(shí)候會(huì)有效能低、成本高和表面精度低等問題,，不適用于綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì),。

△熱噴涂技術(shù)

所以目前來說,，對(duì)關(guān)鍵重要零部件進(jìn)行修復(fù)和再制造技術(shù)中運(yùn)用得最多的就是激光再制造技術(shù)。
激光再制造技術(shù)是被綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)大力提倡的技術(shù),。它以能源節(jié)省,、資源節(jié)約、保護(hù)生態(tài)環(huán)境為主要特色,，能夠?qū)�廢舊部件剩余價(jià)值進(jìn)行開發(fā)以及利用,，減少了大量報(bào)廢、失效零件對(duì)生態(tài)環(huán)境可能造成的危害,。

激光再制造技術(shù)可用于激光再制造的前,、中、后處理,，具體的技術(shù)分類如下圖：

△激光再制造技術(shù)分類

圖中的“激光成形修復(fù)技術(shù)”是激光再制造技術(shù)的核心,，其中的激光熔覆成形和激光快速成形屬于的3D打印技術(shù)。目前應(yīng)用較為廣泛的就是激光熔覆成形技術(shù),。

那什么是激光熔覆成形,？它在維修時(shí)候的工藝流程是什么樣的呢？

△激光熔覆成形

激光熔覆成形技術(shù)屬于表面增材技術(shù),，可以對(duì)失效的零件進(jìn)行再制造,，延長其使用壽命。它是利用高能激光束輻照,，通過迅速熔化,、擴(kuò)展和凝固，在基材表面熔覆一層具有特殊物理,、化學(xué)或力學(xué)性能的材料,，構(gòu)成一種不同于基材的新材料，以彌補(bǔ)基體所缺少的高性能,。

此外,，激光熔覆技術(shù)也是可以滿足成形、成性一體化需求的增材制造技術(shù),，可兼顧精確成形和高性能成性,，集激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù),、數(shù)控技術(shù)及材料技術(shù)等諸多現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)于一體,，已逐漸發(fā)展成為可實(shí)現(xiàn)智能制造的先進(jìn)技術(shù)。

激光熔覆技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1,、激光束有較高能量密度,，僅僅需要將少許能量注入就可實(shí)現(xiàn)激光熔覆。
2,、激光熔覆層有著比較低的稀釋率,，并且能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制,，熔覆材料的成分也將決定熔覆層的成分及性能。
3,、激光熔覆層微觀缺陷少,，有著較為致密的組織。
4,、能夠精確控制熔覆層,。

它在維修時(shí)候的主要涉及的工藝流程如下：

不過，在3D打印技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修中的應(yīng)用中,，也依然存在一些問題：
1,、許多航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修企業(yè)3D打印技術(shù)手段缺乏；
2,、用戶對(duì)再制造產(chǎn)品的認(rèn)可度有待提高,。

結(jié)語

隨著現(xiàn)在科技的不斷發(fā)展，大功率的新型激光器能夠更好的滿足材料對(duì)能量的吸收,，模擬軟件的不斷更新?lián)Q代也為激光熔覆技術(shù)的革新和進(jìn)一步發(fā)展提供了保障,。激光熔覆技術(shù)作為綠色3D打印技術(shù)再制造技術(shù)之一，不僅會(huì)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維修與再制造中得到深入應(yīng)用,，相信在其他領(lǐng)域也會(huì)逐漸得到認(rèn)可,。