油耗降低 15 % ——这是制造商Airbus希望其短到中程飞机 A320neo 为客户带来的主要好处。实现 这一目标,首先需要更高效的发动机。MTU Aero Engines 是美国发动机制造商 Pratt & Whitney 的 主要供应商,对空中客车的目标实现起到了重要的作用。为了保持在技术的最前沿,慕尼黑总部的航 空发动机专家们积极支持使用创新的生产流程。增材制造在此起到了重要作用,如在管道镜支管台的 生产中所示,管道镜支管台是检修涡轮机的进入点,是 MTU 依靠 EOS 技术生产的产品。

挑战
航空航天领域是世界上最具创新 性的领域之一。仅凭借 A380 的 设计,Airbus 就申请了 380 多 项专利。适合批量生产的新材料 和新技术因为成本、重量和功能 的原因,在该行业扮演着重要的 角色。因此,制造商和供应商们 都在测试增材制造工艺的性能, 在该工艺中,粉末经激光逐层硬 化时便生产出组件。该方法最初是用于原型制造的,因为它允许 快速生产个别部件。然而,虽然 其具有很多优势,技术在批量生 产中是主要因素。与该工艺相关 的优势包括提高了设计自由度和 有大量的可用原材料,从重量极 轻的防火/阻燃塑料到各种金 属。一般来说,在飞机腾空而起 那一刻,成本和安全压力都是非 常重要的驱动因素。因此,在引 进新技术时选择适当的妥协非常重要。MTU Aero Engines 是德 国一流的发动机制造商,采用了 逐步向增材制造过渡的策略。
公司目前使用七套 EOS 设备。 “大约 10 年以前,我们就开始 制造工具和开发组件了,”MTU 公司快速技术部总监 Karl-Heinz Dusel 说。“为了优化设备利用 率和实施我们的分阶段计划,我 们寻找更多可以应用该技术的领域。”主要的挑战包括成本和安全因素,同时还要追求战略创新。

解决方案
管道镜支管台将用于最新一代的 发动机—齿轮涡轮风扇(GTF) 发动机—并准备用 EOS 设备生 产。“第二阶段初,我们开始生 产原组件,用于取代现有的部 件。用于 A320neo-GTFs 的低 压涡轮机的管道镜支管台就属于 这一类。”Karl-Heinz Dusel 解 释道。这些小附加组件允许技术 人员通过管道镜来检查发动机内 部的涡轮叶片的情况。这些部件 被铆接在涡轮机外壳上,形成一 个开口用于内窥镜(在航空航天 领域术语中称为管道镜)。
耐热性和耐久性是所使用的镍基 合金的重要特性。这种高品质材 料实现了组件要求的最佳效果, 但却很难加工。幸运的是,通过 增材制造技术很轻松地解决了这 类问题。由于 MTU 还是一家原 材料生产商,该公司能够开发新 的工序链,已经趋于成熟并被集 成到制造系统中。
整个制造工艺通过由 MTU 专门 开发的一个控制系统支撑。在线监测可捕捉每个生产步骤和层 级。此外,还引入了新的质量保 证程序,如光学层析法。EOS 设备甚至通过了德国联邦航空管 理局的认证。过去,管道镜支管 台是通过固体铸造或铣削的,但 用于 A320neo 的齿轮涡轮风扇 发动机的低压涡轮机是第一个可 以连续配备用增材制造技术生产 的管道镜支管台的涡轮机。最重 要的是,EOS 技术的成本优势 是决定性因素,不论是在生产过 程中还是在开发阶段。

结果
通过与 EOS 的密切与积极的合 作,MTU 的这种战略方法见到 了实效。批量生产管道镜支管台 的准备工作已经开始。假设每次 作业 16 个部件,则每年总共可 达 2,000 个部件。与以前的流 程相比,节余的百分比有望达到 两位数,并且质量已达到较高的 水平。MTU 和 EOS 正在联合 进一步优化组件的表面加工,尤 其是平滑的表面,目的是实现结 构力学上的完善。
对于 Dusel 来说,优势是明显 的:“EOS 技术的特点是几乎 无限的设计自由度和显著缩短了 开发、生产和交付的时间。此外,开发和生产成本大幅降低。较轻重量和较大复杂性的组件可以成为现实,并且生产需要更少的材料和最少的工具。”
MTU 看到了生产航空发动机结 构的其他系列组件的巨大潜力, 如轴承套或涡轮机叶片,它们都需要满足最严格的安全性和可靠 性要求。MTU 的目标:15 年 内,绝大部分组件应该利用工业 3D 打印技术生产。因此,EOS 技术有助于提高公司的竞争力, 这在世界上最苛刻的行业中已经 成为事实。