国际航空引擎做为轻工业锻造创举的开创者，是一个北欧国家锻造业水准的关键象征。随著北欧国家“十四五”发展战略的逐步大力推进，我省的国际航空引擎锻造产业发展尽管获得了飞速发展的发展，但对高效率、短周期性、产品质量轻、气压大等锻造工艺技术的崇尚也愈发迫切。3D列印控制技术做为第二次产业发展革命的关键象征，它为合金材料和内部结构提供更多了一类捷伊锻造形式，为国际航空引擎关键控制技术冲破和测试形式提高增添更多的几率。
1 控制技术概要3D列印控制技术(3D printing)是加速成形控制技术(Rapid Prototyping，RP)的一类，它是一类以calculated文档为依据，利用粉末合金或塑胶等可黏合合金材料，通过逐级列印的形式来内部内部结构球体的控制技术，很大地延长了商品的研发周期性和研磨周期性[2]，其同时实现的主要形式主要包括：1.1 多层虚拟锻造多层虚拟锻造控制技术（Laminated Object Manufacturing，LOM）其组织工作基本原理如图1所示，具体来说X201i政府机构将正方形涂有尼龙的箔材逐级地送至组织滚珠轴承的下方，接着选用CO2电子束依照科枫内部结构设计的截面线条对组织滚珠轴承上的箔材进行逐级研磨，并除去线条区内的合金材料，进而顺利完成所需商品的锻造。
图1 多层虚拟锻造控制技术组织工作基本原理
1.2 光固化立体成形光固化立体成形控制技术（Stereo Lithography Apparatus，SLA）其组织工作基本原理如图2所示，具体来说在液槽中充满液态光敏树脂，其次通过计算机指令控制电子束的扫描路径，在紫外电子束照射作用下，液态光敏树脂同时实现会加速固化成形，之后利用升降台的高度调整同时实现逐级列印，最终同时实现层层叠加构成三维虚拟。
图2 光固化立体成形控制技术组织工作基本原理
1.3 熔积成形熔积成形（Fused Deposition Modeling，FDM），其组织工作基本原理如图3所示，通过高温对各种合金材料进行加热融化，依照科枫内部结构设计的截面逐级堆积，最终得到成形零件的控制技术。
图3 熔积成形控制技术组织工作基本原理
1.4 选择性激光烧结选择性激光烧结(Selective Laser Sintering，SLS)，其组织工作基本原理如图4所示，该控制技术主要是通过控制电子束依照预先设定路径对粉末合金材料进行层层烧结而成形的控制技术，是一类由离散点层层堆积成三维虚拟的工艺技术形式。
图4 选择性激光烧结控制技术组织工作基本原理
在国际航空引擎锻造应用领域，高性能合金构件选择性激光烧结控制技术是最前沿的3D列印控制技术。该控制技术从零件数模一步同时实现高性能大型复杂构件的成形,成形构件形状之复杂、节省合金材料程度之高，是传统铸造和机械研磨形式难以企及的。2 发展现状3D列印控制技术自问世以来，凭借在大尺寸零件一体化锻造、异型复杂内部结构件锻造、变批量定制内部结构件锻造方面的巨大优势，在国际航空引擎锻造应用领域大放异彩，目前3D列印控制技术已成为是欧美发达北欧国家首选的国际航空引擎零部件锻造控制技术。2.1 国外发展现状2013年美国霍尼韦尔公司列印了热交换器和合金支架。2014年德国西门子公司列印出了燃气轮机的合金零部件，成为全球轻工业锻造业第一个将选用3D列印锻造的合金零部件应用于实际生产中公司。GE公司通过长达10多年的探索将其喷油嘴的内部结构设计通过不断的优化，将喷油嘴的零件数量从20多个减少到一个，通过3D列印同时实现内部结构一体化，不仅改善了喷油嘴容易过热和积碳的问题，还将喷油嘴的使用寿命提高了5倍,整体提高了LEAP引擎的性能。近日，通用电气公司选用3D列印控制技术锻造了一台微型喷气式引擎，该引擎转速高达33000r/min，将被应用于无人机。2.2 国内发展现状进入21世纪以来，以中航轻工业为代表的轻工业部门开始研究和应用3D列印控制技术，尤其在国际航空引擎的复杂部件研磨中已开展了大范围3D列印控制技术研究和商品研磨。中国航发商发已顺利完成增材锻造微型涡喷引擎。中国航发航材院牵头的北欧国家重点基础合金材料控制技术提高与产业发展化项目“超细3D列印有色/难熔合金球形粉末制备控制技术”已经启动。截至目前，中国航发和其他国内科研政府机构先后针对涡轮气冷叶片、燃油组件、壳体、封严块、喷嘴、整体叶盘、整体导向器、轴承座、叶栅等零件开展了探索研究，均获得了积极进展。3 前景分析3D列印控制技术能够自动、加速、直接、精准地将计算机中的三维内部结构设计转化为实物模型，从研发阶段列印模型到外场服务甚至战时列印备件，其控制技术优势能够广泛应用于国际航空引擎的全寿命过程中。3.1 内部结构设计研发阶段国际航空引擎本身就是“试出来的”商品，在内部结构设计阶段，商品控制技术状态尚未固化，存在大量控制技术状态更改，各种零部件样件需频繁生产，传统上每一轮改进都需要对模具进行修改，不仅增加锻造成本，且生产周期性较长，严重拖延了内部结构设计进程，加之我省国际航空引擎内部结构设计和生产分离，信息传递存在滞后甚至存在内部结构设计和生产脱节等问题。3D列印控制技术将内部结构设计、锻造甚至维护过程融为一体，即同时实现了“内部结构设计即生产”的美好愿景，很大地缩小了装备从“研发”到“定型“的时间差，且由于3D列印是从点到线，从线到面，从面到体的加法过程，没有空间和时间的边界限制，内部结构设计变量更多，组合更复杂，然而这些参数及其后果都是可重复可追溯的，因此可有效利用大数据和云端积累并深度学习，再通过云端管理对全球所有增材锻造设备在线监控，决策，控制，最终使国际航空引擎的研发更加科学，加快了装备的更新周期性。
3.2 生产锻造阶段一是提高气压、减轻重量，提高引擎整体性能。推重比是国际航空引擎的关键参数指标，减重一直是国际航空引擎锻造的关键目标。目前国际航空引擎整机通过螺栓或其他接口将零部件或单元体连接，如若选用3D列印一体成形既减少了合金材料增加了气压，又减少零部件数量进而减轻了引擎的重量，以PW1500G 引擎为例，其选用3D列印控制技术生产的试验部件比传统工艺技术锻造的该部件重量减轻50%。引擎整体重量的减轻，能够产生更高的加速度，有效增加续航里程，扩大作战半径且降低了飞行成本。二是降高效率、延长周期性，提高引擎生产效率。国际航空引擎中使用的钛合金、镍基高温合金等合金合金材料价格昂贵，某些合金材料甚至是稀缺的发展战略合金材料。选用传统的研磨锻造形式，合金材料使用率较低，一般不大于10%。以某型引擎整体叶片为例，传统锻造工艺技术类似于“雕刻”，合金材料利用率仅为7%，即意味着93%的原合金材料被浪费，锻造成本高，且研磨时间长。而选用3D列印控制技术直接列印的整体叶盘，合金材料利用率提高到80%以上，同时锻造时间也仅有传统锻造的1/20，能够大幅的延长引擎的生产周期性，提高引擎的交付效率。详见表1所示：表1 国际航空盘形零件选用3D列印控制技术与传统锻造形式的对比
三是减少环节、降低要求，提高引擎商品产品质量国际航空引擎每台零部件上以千计，组装过程需要上百道工序，且生产和安装对工人生产技能要求较高，如若装配不合理极易引起零部件存在应力产生断裂、间隙过大引起引擎漏气致使性能不合格或由于连接不稳固导致引擎产生振动故障。在某型号引擎故障统计中，由于装配原因导致的故障约占10%，装配工人水准的高低能够直接影响到引擎的整机产品质量的好坏。选用3D列印的零部件一体成形，降低了工人的技能要求，减少了部分装配环节，避免了人工差错所增添的影响，且内部结构之间的稳固性和连接气压要高于焊接等传统形式，对引擎商品产品质量有较大提高。3.3 维修服务阶段军用国际航空引擎由于战训任务重、使用条件极端等原因，在使用组织工作中损伤模式复杂，零备件需求量大，在外场使用过程中虽有专业的跟飞保障团队进行维护，但每年仍有部分引擎需返厂进行维修，严重影响了我军的战斗力。3D列印为再锻造提供更多了个性化、高效率的同时实现手段，是欧美发达北欧国家首选的国际航空引擎零部件再锻造控制技术。一是按需列印，提高部队引擎完好率在引擎使用维护过程中，到寿件、易损件、必换件等零部件需求量大，各型号零部件控制技术状态也会不同，外场部队又不可能存放大量存放，便会出现引擎停飞待件的情况。3D列印控制技术的存在便可很好的解决这一难题，无需库房存储，只需要电脑中存在电子模型数据包，便可按需列印零部件。特别是战时状态，战场上如果需要更换损毁部件，选用3D列印设备直接在战场把所需要的部件锻造出来，装配后重新投入战场，避免装备某个零部件出现故障却无法维修的窘境，进而使遭到毁伤的武器装备得到再生。二是及时贯改，不断提高引擎性能我省的国际航空引擎目前还处于逐渐走向成熟的阶段，使用过程中故障偶有发生。由于外场单位分散，距离承制单位较远，致使返厂周期性较长，同时为了保持部队战斗力，一些排故措施和控制技术改进不得不结合引擎到寿返厂后一并贯彻，影响了引擎的可靠性。如若外场选用3D列印控制技术，只需要更新数据包便可以第一时间列印出新内部结构、新合金材料的零部件进行更换，大大减少了商品长途运输时间，避免了贯改滞后，加快了装备的更新周期性，提高了引擎的可靠性。
4 总结3D列印控制技术目前尽管在精度还是机械性能上与传统锻造工艺技术还有差距，但其所增添的全新内部结构设计理念正是中国发展国际航空引擎的重大机遇。在这一机遇面前，我们应加速大力推进3D列印内部结构设计和锻造的理念、形式、手段、工具和相应的规范准则，共同努力，打造出更轻、更高效、更安全、更环保、更可靠国际航空引擎，助力我军早日同时实现强军梦。(责任编辑：admin)
