薦讀：北京航空航天大學徐惠彬校長公開課：打造中國航空發(fā)動機葉片“金鐘罩”自2015年GE將3D打印的燃油噴嘴應用于LEAP發(fā)動機中后，截止到現(xiàn)在其生產數量已經超過了十萬個，成為了金屬3D打印在航空發(fā)動機領域量產應用的典型案例，同時也揭開了3D打印技術在航空發(fā)動機領域的應用序幕。

作為世界上推力最強大的噴氣發(fā)動機（最大推力能夠達到60.8噸）GE9X同樣也安裝了多個3D打印零部件。

GE9X背景簡介

波音計劃為其研制777X大型客機選配合適的航空發(fā)動機，當時羅羅給出了Trent8115發(fā)動機的選配方案，而GE給出了GE9X的選型。之后GE徑直向波音注資了5億美元用于777X客機的研制，以換取改型發(fā)動機供應商的獨家授權。目前GE已生產了八架777X所需的GE9X發(fā)動機和兩臺備用發(fā)動機。

技術參數

GE9X是世界上最大的航空發(fā)動機，風扇直徑達3.4m，進氣道直徑為4.5m，僅比波音767飛機機身直徑小20cm，比波音737飛機機身直徑大76cm。16個風扇葉片全部采用第四代碳纖維復合材料。

布置形式為雙轉子，1-3-11-2-6，涵道比9.9:1，總壓比60，推重比5.2。其推力可達470千牛，相較于上一代GE航空發(fā)動機可節(jié)省10%-15%的燃油消耗。

在供應鏈的選定上依然延續(xù)了全球采購戰(zhàn)略，由法國的賽峰股份公司為其提供風扇機匣和低壓壓氣機，日本的IHI公司負責生產低壓渦輪和風扇軸，德國的MTU獲得渦輪中框架的供應資格。

3D打印部件

GE9X擁有如此出色的效能，對3D打印技術的加持有很大關系。GE9X上應用了304個3D打印零件，其中包括燃油噴嘴、低壓渦輪葉片、T25傳感器外殼、燃燒室混合器、導流器以及熱交換器。

燃油噴嘴

GE9X的燃油噴嘴與LEAP發(fā)動機的燃油噴嘴設計方案基本相同，每臺GE9X航空發(fā)動機上設計有28個燃油噴嘴，由鈷鉻合金3D打印而成。采用3D打印燃油噴嘴可以解決燃油混合和燃油噴射等問題，同時還可以減少制造成本，提高使用壽命。

低壓渦輪葉片

低壓渦輪葉片的材質為TiAl合金，屬于脆性材料，SLM技術成形此材料極易出現(xiàn)裂紋缺陷，導致生產的產品無法滿足工程需求，因此選定了適用于脆性材料成形的電子束粉末床技術制備該型號葉片。TiAl合金相比傳統(tǒng)的鎳基高溫合金輕50％左右，具有優(yōu)異的比強度，使整個低壓渦輪機的重量減少20％，同時將使GE9X提高了10％的推力，每臺GE9X發(fā)動機上安裝有228片低壓渦輪葉片。

T25傳感器外殼

T25傳感器外殼的材質是CoCr合金，GE在GE90發(fā)動機已經開始采用3D打印技術生產改型零件了，通過優(yōu)化設計將原來10個零件合并為1個復雜結構零件，精度提高了30%。目前已經超過400臺GE90安裝了3D打印的T25傳感器外殼，改型零件是GE首個獲得FAA認證的增材制造的飛機發(fā)動機部件。此零部件的生產技術延續(xù)到了GE9X發(fā)動機上，每臺GE9X發(fā)動機有1個T25傳感器外殼。

燃燒室混合器

燃燒室混合器的作用是將空氣和燃油充分混合，并將混合物送入燃燒室燃燒產生動力。

每個GE9X發(fā)動機有1個燃燒室混合器，由鈷鉻合金3D打印而成。采用3D打印技術的燃燒室混合器可以減少6%的重量，使用壽命提高了3倍，同時減少了零件間的差異。

導流器

導流器內部擁有復雜的氣體流道，作用是減少冷卻空氣的殘留，提高發(fā)動機的壽命。

導流器材質為CoCr合金，通過3D打印技術將原先13零件組成的結構優(yōu)化成1個整體構件，使用壽命提升了2倍，每臺GE9X上裝有8件導流器零件。

熱交換器

GE9X上安裝的3D打印熱交換器具有完全不同于傳統(tǒng)換熱器的結構，內部設計有復雜的流道，充分利用了增材制造技術優(yōu)勢，提高了設計的自由度。

每臺GE9X發(fā)動機安裝有1個熱交換器，由鋁合金3D打印而成。熱交換器是由原來的163個零件整合設計為一個，重量減輕了40%，生產成本減少25%，并提高了使用壽命。