商用航空发动机金属增材制造技术及装备应用

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1、P。wERBEAMPR。cEss高能束流加工商用航空发动机金属增材制造技术及装备应用ApplicationofTechnologyandEquipmentforMetallicAdditiveManufacturinginCommercialAeroengine中航商用航空发动机有限责任公司何艳丽廖焕文王禄秀[摘要】主要论述了金属增材制造技术的特点、优势及相关装备，分析了该项技术在商用航空发动机研制过程中的关键作用，并发掘可使用该技术进行加工制造或修复的商用航空发动机零部件及具体的成形方式和装备关键词：增材制造航空发动机装备【ABS

2、TRACTlThecharacteristics，advantagesofmetallicadditivemanufacturingandtheinternationalde—velopmentoftherelatedequipmentsarediscussed．Thekeyroleofmetallicadditivemanufacturingduringthedevelopmentprocessofcommercialaeroengineisalsoanalyzed．Inaddition，thepartsofcommerciala

3、eroenginewhichcanbemanufacturedorrepairedbythistechniqueareexploredtogetherwiththecorrespondingformingmethodsandequipments．Keywords：AdditivemanufacturingAeroen-gineEquipment诞生于20世纪70年代末期的增材制造技术是制造技术原理的一次革命性突破，它形成了最能代表信息化时代特征的制造技术，即以信息技术为支撑，以柔性化的产品制造方式最大限度地满足无限丰富的个性化需求。

4、增材制造技术是一种兼顾精确成形和高性能成形需求的一体化制造技术。它将信息化增材成形原理与激光熔覆技术相结合，是一门融合了激光技术、计算机软件、材料、机械、控制、网络信息等诸多现代先进技术而形成的一项实现高性能致密金属零件快速自由成形的技术⋯。1国内外发展现状目前增材制造技术的快速成形方法有10多种，各种快速成形方法均具有自身的特点和适应范围。按照加工材料的类型，可以分为金属成形、非金属成形、生物材料成形等，而目前在航空发动机上应用最接近、技术相对较成熟的应属金属增材制造。金属增材制造的方法目前主要有两种，即以同步材料送进为主要技术特

5、征的激光(或电子束)立体成形技术(LSF，见图1(a))和以粉末床为主要技术特征的选区激光(或电子束)熔化技术(SLM，见图l(h))。___-÷扫描振镜丢刮粉㈠1I。州，』法(1，)、I．、1，J法图1金属增材制造技术原理Fig．1Principleofmetallicadditivemanufacturingtechnology1．1技术研究现状金属零件的直接增材制造的技术构思，是由美国联合技术研究中心(UTRC)在1979年首先提出的，其应用对象就是航空发动机涡轮盘。1994年，国际3大航空发动机公司之一的英国Rolls—Ro

6、yce公司通过英国Crankfield大学开始探索航空发动机机匣的LSF制造技术。不过直到2000年，美国波音公司首先宣布采用LSF技术制造的3个钛合金零件在F一22和F／A一18E／F飞机上获得应用，并在2001年制定了LSF技术的美国国家标准(该标准在2011年进行了修订)，才在全球掀起了金属零件的直接增材制造的第一次热潮。不过，航空发动机服役的苛刻环境决定了其对零件制造的要求极高，因此，在很长一段时间里，金属直接增材制造的重点还是着重于航空发动机零部件的修复。致力于使LSF技术商用化的美国OptomecDesign公司，将LS

7、F技术应用于T700美国海军飞机发动机零件的磨损修复，实现了已失效零件的快速、低成本再生制造。德国MTU公司与汉诺威激光研究中心则将LSF技术用于涡轮叶片冠部组里面的硬面覆层或恢复几何尺寸。德国Fraunhofer研究所则重点研究了LSF技术在钛合金和高温合金航空发动机损伤零部件修复再制造的应用。英国Rolls—Royce航空发动机公司则将LSF技术用于涡轮发动机零部件的修复及成形(图2)1210瑞士洛桑理工学院W．Kurz教授的研究组采用LSF技术实现了2014年第22期·航空制造技术47高能束流加工PowERBEAMPR。cEs

8、s图2英r葡Rolls—Royce航空发动机公司采用LSF技术修复及成形的航空发动机零件Fig．2Aeroenginecomponentsrepairedandformedusinglasersolidformingtechnolog