在上個世紀40年代中后期開始,各國都在進行噴氣式發(fā)動機的研發(fā)工作。美國、蘇聯(lián)和英國成為了該領域的佼佼者。截至到目前為止,上述三國一共研發(fā)了近20多款類型渦扇發(fā)動機,包括為戰(zhàn)斗機研發(fā)的小涵道比渦扇發(fā)動機和運輸機、客機研發(fā)的大涵道比渦扇發(fā)動機。
目前,我國開始在航空發(fā)動機領域開始發(fā)力,WS-10B和WS-13E這兩款小涵道比渦扇發(fā)動機的相繼問世就是最好的證明,而且為五代隱形戰(zhàn)斗機配套研發(fā)的WS-15發(fā)動機也正處于最后的研發(fā)階段,預計會在2022年左右正式裝機進行首飛測試。之所以可以在航空發(fā)動機領域獲得如此大的進步,最關鍵的還是單晶葉片技術上的突破。
對于航空發(fā)動機來說,其最關鍵的部件應該就是內(nèi)部的風扇葉片。發(fā)動機如果想要實現(xiàn)推力的增加,最直接的辦法就是提高發(fā)動機進氣口的溫度,而隨著溫度的提升,風扇組成的單晶葉片就需要承受巨大的溫度和壓力。據(jù)航空專家介紹,直徑只有10厘米長度不到的單晶葉片在工作過程中就需要承受超過10噸的壓力和1000多攝氏度的溫度,這也就非??简瀱尉~片的穩(wěn)定性和可靠性。
其實,單晶葉片并不是一個整體,其表面和內(nèi)部都有大量的復雜的氣流通道口,在高溫環(huán)境下除了葉片材料需要抗住高溫熔點以外,葉片在引入外界低溫氣流之后會形成一層低溫氣膜,來應對高溫考驗。
而目前單晶葉片制造工業(yè)是采用的是失蠟法鑄造,即使用蜂蠟構成葉片的零件外形,然后再使用耐火材料填充空隙構成外部模型,最后將高溫液態(tài)金屬從模型的縫隙處倒入內(nèi)部,等到蜂蠟融化流出,零件徹底冷卻之后就成為了可以使用的單晶葉片。
不過采用這種傳統(tǒng)工藝制造的葉片存在產(chǎn)量低和成品率低的缺點,即使是全球航空工業(yè)技術最先進的英國勞斯萊斯公司也僅僅只能保證每周生產(chǎn)2臺EJ-200渦扇發(fā)動機,一方面是因為需求量決定生產(chǎn)速度,另一方面則是因為單晶葉片的良品率差和產(chǎn)量低的缺點限制了發(fā)動機的整裝工作。但是這個問題也慢慢已經(jīng)開始被工程師所改變,目前我國我首創(chuàng)的3D打印葉片技術將會實現(xiàn)單晶葉片的革命性突破。
雖然3D打印技術目前已經(jīng)是非?;鸬募夹g,開始慢慢在各大領域使用,與以往的制造工業(yè)不同,使用者只需要在電腦內(nèi)部完成產(chǎn)品的全部設計工作,然后再輸入相關參數(shù)之后,就可以在短時間內(nèi)得到自己想要的產(chǎn)品。
按照其使用原料來說,非常適合制造單晶葉片這種非常復雜的零件。可其在航空工業(yè)領域的試驗并不廣泛,美國航發(fā)巨頭通用電氣公司曾表示,3D打印技術并不適合在航空發(fā)動機方面的制造,因為使用這種技術造出來的零件存在強度低和質量差的缺點,而且因為成本較高的因素并不適合大規(guī)模使用。
但是在2016年的時候,我國成功研發(fā)出可以對金屬產(chǎn)品進行3D打印的技術,使用該技術制造的零部件整體性能基本上等同于傳統(tǒng)工藝打造的零部件?,F(xiàn)階段,該技術已經(jīng)開始大規(guī)模在國產(chǎn)飛機上使用,其中就包括五代隱形戰(zhàn)斗機和運-20大型運輸機
。而為了防止技術泄露和保證在該領域的領先,在前段時間我國科技部和商務部聯(lián)合發(fā)布的《中國禁止出口限制出口技術目錄》,其中就包括鑄鍛銑一體化金屬 3D 打印關鍵技術,可以說中國在航空發(fā)動機領域終于擁有了一項可以讓外國人正視的技術。
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