為全面滿足性能測試標準鋪平道路。
Paves the way to a full qualification effort.

普惠發(fā)動機，來源：普惠

堪比鍛造的性能節(jié)約材料與成本

    近日，NDTL-圣母大學渦輪機械實驗室、Norsk Titanium、Pratt＆Whitney – 普惠和TURBOCAM International測試3D打印的整體葉盤（IBR）進入到第二階段。

Norsk Titanium公司，來源：Norsk

     在2018年完成的初始測試的基礎上，第二階段的測試將檢查整體葉盤（IBR）的動態(tài)特性。這種整體葉盤是通過Norsk革命性的快速等離子沉積?（RPD?）金屬3D打印技術制造的，目前3D打印的整體葉盤檢驗質量結果與普惠公司目前的渦輪發(fā)動機使用的葉盤質量相當。這些測試在NDTL-圣母大學渦輪機械實驗室位于印第安納州南本德的世界級渦輪機械測試設施中進行。完成初始測試后，當前測試程序著眼于IBR的低周期和高周疲勞特性測試。測試將包括多個加速/減速循環(huán)，并研究3D打印-增材制造的葉片上的同步振動效應。

      在測試之前，由TURBOCAM進行了質量評估。評估未發(fā)現(xiàn)增材制造常見的可能導致扭曲的殘余應力集中的情況。此外，TURBOCAM證實了Norsk的RPD?技術所3D打印的整體葉盤非常適合通過傳統(tǒng)的數(shù)控五軸銑削進行后期的精加工，與Ti6-4鍛件的質量一樣穩(wěn)定。這項工作的最終目標是開發(fā)為渦輪發(fā)動機提供重載所需的復雜零件，并且還需要證明在成本和時間進度方面比傳統(tǒng)加工方式具備一定優(yōu)勢。

整個制造和測試工作一直由Pratt＆Whitney-普惠進行監(jiān)督，普惠正在評估3D打印整體葉盤在未來發(fā)動機開發(fā)中的應用。

根據普惠，利用Norsk快速等離子沉積工藝等增材制造技術，普惠可以縮短關鍵渦輪機械部件的制造和開發(fā)進度。

Review

      與我們常見的基于粉末床的選區(qū)熔化金屬3D打印技術相比，Norsk Titanium公司的快速等離子沉積?技術是另外一種金屬3D打印技術，根據ASTM的歸類，RPD?屬于定向能量沉積（DED)3D打印技術。根據3D科學谷的市場了解，國內鉑力特通過其自主研發(fā)的DED定向能量沉積技術（LENS同軸送粉激光熔覆3D打印技術）在3D打印整體葉盤方面擁有多年的經驗。

     增材制造（AM）的零部件用于安裝在飛機上，已經有多年的歷史了，但其作用主要局限于非關鍵部件，如管道系統(tǒng)和內飾部件。即使是用于發(fā)動機部件（如著名的GE Leap發(fā)動機燃料噴嘴），其對零部件的性能要求主要是熱傳導而不是機械性能。而對于整體葉盤來說，其挑戰(zhàn)來自熱傳導和機械性能兩方面，可以說3D打印的整體葉盤如果能夠通過層層航空性能要求測試，這的確是增材制造業(yè)的里程碑。

不過對于飛機應用來說，如何獲得認證是重要的挑戰(zhàn)。

     因為飛機行業(yè)傾向于認證零件設計并堅持使用該設計貫穿整個飛機的生產壽命周期。在3D科學谷看來，普惠的全程參與，對推動3D打印獲得認證起到關鍵的作用。此外，2019年2月，SAE和Norsk Titanium推出了定向能量沉積（DED） 3D打印技術應用的標準。合作制定的兩個標準是AMS7004（關于Ti-6Al-4V應力消除的等離子弧定向能量沉積增材制造的鈦合金預制件）和AMS7005（送絲等離子弧定向能量沉積增材制造工藝）。新標準確定了航空航天領域的用戶采購Norsk Titanium快速等離子沉積（RPD）預制件的最低要求。這為Norsk Titanium在航空航天領域的發(fā)展再一次奠定了基礎。

      Norsk Titanium于2017年2月獲得了首個3D打印鈦合金結構件的FAA適航認證。Norsk Titanium的快速等離子沉積?技術已經被應用到波音的787 Dreamliner飛機上，可以將零件成本降低30％，并且降低能耗，減少材料的浪費，縮短生產周期。考慮到后期需要的熱處理與CNC機加工過程，3D打印要獲得更多的發(fā)展還面臨著更多的挑戰(zhàn)。

     3D打印技術正在催生下一代航空航天制造技術。有趣的是，3D打印技術之間存在一定的競爭關系，對于每種零件來說，將存在多種3D打印技術并存的現(xiàn)象。就整體葉盤的3D打印技術方面，F(xiàn)raunhofer通過粉末床選區(qū)熔化金屬3D打印技術開發(fā)了完整的點陣夾芯結構整體葉盤工藝鏈：從設計到3D打印-增材制造，熱處理，數(shù)控銑削精加工后處理，再到質量保證。