3D打印是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术,该技术最早在20世纪80年代中期由美国提出。而如今,3D打印技术正在慢慢融入我们的生活。特别是在制造行业,3D打印技术的影响正在日益凸显。汽车、航空、医疗……科学家们也在积极的研究和探索3D打印技术,让这项技术应用到更多的领域当中。
日前,俄罗斯FPI(高级研究基金会)和WIAM(联邦国家统一企业)两家机构首次对其3D打印MGTD-20燃气涡轮发动机进行了飞行测试,测试结果证明,使用SLS生产技术的发动机是可靠有效的,可以实现投放量产。
FPI和WIAM于2015年11月成立的合资企业,旨在开发用于3D打印飞机和火箭发动机的“新一代材料”。在该项目框架内,政府支持的小组已部署了SLS生产技术的3D打印设备,以制造原型MGTD-20燃气涡轮发动机。3D打印出来的涡轮机使用了可适应更高冲击力的定制设计金属粉末,以实现更高的金属强度,比现有材料生产的涡轮机强20%。并且发动机的制造速度比传统方法快了20倍,制造成本降低了一半。
发动机的测试,是在由俄罗斯安全公司设计的一款无人机上进行,飞机本身重达40kg(包括10kg电动机),成功起飞并利用20kg的推力提升到170米的最高海拔。完成试飞以后,无人机降落并恢复原状,发动机没有收到任何损坏,最终通过了实地测试。在评估MGTD-20性能之后,两家公司正在测试该系列其他款小型燃气涡轮发动机,目标是在2022年投入量产。
在航空航天制造领域,一般都会使用价格昂贵的战略材料,比如像钛合金、镍基高温合金等难加工的金属材料。传统制造方法对材料的使用率很低,一般不会大于10%,甚至仅为2%-5%。材料的极大浪费也就意味着机械加工的程序复杂,生产时间周期长,从而造成制造成本的增加。而金属3D打印技术作为一种近净成型技术,只需进行少量的后续处理即可投入使用,材料的使用率达到了60%,有时甚至是达到了90%以上。这不仅降低了制造成本,节约了原材料,更是符合国家提出的可持续发展战略。因此,3D打印成为了航天航空公司解决部件生产效率的有效方法之一。航天公司则更为激进,倾向于使用全3D打印引擎将卫星发射到轨道上。而航空公司倾向于在现有引擎中加大3D打印零件的构成比例,像波音与GE合作制造的GE9X发动机就使用了300多种3D打印零件。由此看来,航空航天业都期望借助3D打印技术降低生产的二氧化碳排放、降低备件供应链的风险。
(原标题:俄罗斯3D打印引擎,更高制造效率)
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