我国首创3D打印叶片技术,航发性能有望提升,已严禁对外出口 

2020-09-28 09:29 发布

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在上个世纪40年代中后期开始,各国都在进行喷气式发动机的研发工作。美国、苏联和英国成为了该领域的佼佼者。截至到目前为止,上述三国一共研发了近20多款类型涡扇发动机,包括为战斗机研发的小涵道比涡扇发动机和运输机、客机研发的大涵道比涡扇发动机。

目前,我国开始在航空发动机领域开始发力,WS-10B和WS-13E这两款小涵道比涡扇发动机的相继问世就是最好的证明,而且为五代隐形战斗机配套研发的WS-15发动机也正处于最后的研发阶段,预计会在2022年左右正式装机进行首飞测试。之所以可以在航空发动机领域获得如此大的进步,最关键的还是单晶叶片技术上的突破。
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对于航空发动机来说,其最关键的部件应该就是内部的风扇叶片。发动机如果想要实现推力的增加,最直接的办法就是提高发动机进气口的温度,而随着温度的提升,风扇组成的单晶叶片就需要承受巨大的温度和压力。据航空专家介绍,直径只有10厘米长度不到的单晶叶片在工作过程中就需要承受超过10吨的压力和1000多摄氏度的温度,这也就非常考验单晶叶片的稳定性和可靠性。

其实,单晶叶片并不是一个整体,其表面和内部都有大量的复杂的气流通道口,在高温环境下除了叶片材料需要抗住高温熔点以外,叶片在引入外界低温气流之后会形成一层低温气膜,来应对高温考验。
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而目前单晶叶片制造工业是采用的是失蜡法铸造,即使用蜂蜡构成叶片的零件外形,然后再使用耐火材料填充空隙构成外部模型,最后将高温液态金属从模型的缝隙处倒入内部,等到蜂蜡融化流出,零件彻底冷却之后就成为了可以使用的单晶叶片。

不过采用这种传统工艺制造的叶片存在产量低和成品率低的缺点,即使是全球航空工业技术最先进的英国劳斯莱斯公司也仅仅只能保证每周生产2台EJ-200涡扇发动机,一方面是因为需求量决定生产速度,另一方面则是因为单晶叶片的良品率差和产量低的缺点限制了发动机的整装工作。但是这个问题也慢慢已经开始被工程师所改变,目前我国我首创的3D打印叶片技术将会实现单晶叶片的革命性突破。
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虽然3D打印技术目前已经是非常火的技术,开始慢慢在各大领域使用,与以往的制造工业不同,使用者只需要在电脑内部完成产品的全部设计工作,然后再输入相关参数之后,就可以在短时间内得到自己想要的产品。

按照其使用原料来说,非常适合制造单晶叶片这种非常复杂的零件。可其在航空工业领域的试验并不广泛,美国航发巨头通用电气公司曾表示,3D打印技术并不适合在航空发动机方面的制造,因为使用这种技术造出来的零件存在强度低和质量差的缺点,而且因为成本较高的因素并不适合大规模使用。
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但是在2016年的时候,我国成功研发出可以对金属产品进行3D打印的技术,使用该技术制造的零部件整体性能基本上等同于传统工艺打造的零部件。现阶段,该技术已经开始大规模在国产飞机上使用,其中就包括五代隐形战斗机和运-20大型运输机

。而为了防止技术泄露和保证在该领域的领先,在前段时间我国科技部和商务部联合发布的《中国禁止出口限制出口技术目录》,其中就包括铸锻铣一体化金属 3D 打印关键技术,可以说中国在航空发动机领域终于拥有了一项可以让外国人正视的技术。

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