GE带冷却通道的3D打印发动机

涡轮发动机，特别是燃气或燃气涡轮发动机，通过发动机的多个旋转涡轮叶片上的燃烧气体流中提取能量，这些涡轮叶片分布在多个涡轮叶片组件中。出于空气动力学方面的考虑，叶片的叶身型面通常都设计成复杂的自由曲面，且对其制造精度要求极高，而3D打印在成型与控性方面为叶片的制造带来了新的革命。

减少裂纹发生

在涡轮发动机叶片的运转过程中，裂纹是叶片的致命缺陷，叶片的发展趋势是采用更耐高温的镍基合金，而且冷却设计越来越复杂，冷却效果的要求越来越高，同时采用高效的隔热涂层。而3D打印通过实现更均匀可控的晶体组织、更耐高温的复合材料、更复杂的叶片冷却通道、与金属基体结合更紧密的隔热涂层，从而提升了叶片的性能，更有效的避免裂纹发生。

航空发动机作为航天飞行器的核心部件，决定发动机关键性能的涡轮叶片成为研究的重中之重。一台航空发动机的推动力与涡轮机前沿进气口温度密切相关，涡轮叶片的承温能力则决定了整台发动机的推动力，而提高涡轮叶片承温能力的方法主要有两种，一种是探索性能更优化更稳定的高温合金；另一种是探索具备复杂空心结构的叶片冷却技术。

根据《中国工程科学》1，叶片在结构上主要由叶身、缘板和榫头这三部分组成。叶身型面是叶片的主体，其形状通常都设计成具有高气动性能的空间自由曲面；榫头部分用于实现叶片在转子轮盘上的固定，也称为叶根；缘板为叶身型面和叶根榫头之间的过渡部分。叶片通过其叶根榫头与转子轮盘上对应轮槽的配合，将工作介质作用于叶身型面上的力传递给转子主轴，进而驱动外界负载实现功率的输出。

更好的冷却

GE的专利详细阐述了固定叶片和围绕发动机燃烧器的燃烧器衬套的喷嘴也可以利用冷却孔或蛇形回路来实现更好的冷却，从而避免裂纹。

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更好的叶片

更安全稳定的叶片让GE的发动机获得了更多的竞争优势，GE采用EBM 3D打印技术制造涡轮叶片，用电子束作为其能量源逐层融化金属粉末，粉末材料为先进的航空航天材料钛铝（TiAl）制造。这种材料比常用于低压涡轮叶片的镍基合金轻50％左右。与其前身GE90发动机相比，这意味着燃油消耗降低了10％（排放量也随之降低），GE9X的重量减轻约200公斤。

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l参考资料：

1.《中国工程科学》/复合式叶片型面测量系统的误差分析与补偿