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从不断突破到全面的制造革命-GE?高管谈3D打印技术的三大加速器

发布日期:2021-11-29 16:52:42 来源:3D科学谷

“让我们想象一下,未来的某天我们可以在需要的时间和地点3D打印出飞机引擎中的一个关键零部件。制造这个零部件就如同在办公室里面打印一个文件那样方便、简单。虽然这些在今天听起来不可思议,但是每天发生在3D打印领域中的惊人突破让我觉得这一天的到来比想象的更早●!”?


Christine?Furtoss

GE 全球研发中心副总裁兼技术总监


就像Christine所说的那样,3D打印领域总是诞生惊人的突破,每一次突破都给人们带来新的希望。然而3D打印要从一种不断的突破技术转变成一场全面的制造革命,需要借助三大加速器。本期,3D科学谷就与谷友分享一下,GE 高管眼中的3D打印技术加速器是什么,GE 公司在这些方面又做了哪些工作?

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?设备、材料和生态圈

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不论是对3D打印工厂和设备的投入,还是在3D打印技术研发与应用方面付出的努力,GE 都可谓是3D打印技术的先行者。GE曾通过长达10多年的探索将飞机发动机喷油嘴的设计进行不断的优化、测试、再优化,最终将喷油嘴的部件数量从20多个减少为单个整体的零部件,并通过金属3D打印技术实现了该零部件的制造。通常这种复杂的零部件无法通过其他传统的方式生产出来。目前这款3D打印的喷油嘴已成功的安装在了CFM LEAP 飞机发动机中。这款发动机已经通过波音和空客的无数次飞行测试。



(右)GE 3D打印的喷油嘴 ?图片来源:GE

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通过优化的设计方案和3D打印技术,GE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, 最终将提高GE 公司生产的LEAP发动机的性能。3D科学谷认为这一过程将3D打印技术的价值提到了一个新的里程碑,不再局限于制造成本高低、生产速度快慢的讨论层面,而是包括发动机燃料效率提升在内的综合价值。Christine?指出,燃料效率每提高一个百分点就能为航空业潜在节省数十亿美元。具有里程碑意义的3D打印喷油嘴,仅仅是GE 增材制造战略的开始。GE 计划到2025年,超过20%的零部件生产将应用3D打印技术。

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近期, GE 在与America Makes和美国国家增材制造研究所这两个3D打印领域中重要的机构进行了合作交流,在交流中三方探讨了实现3D打印从不断突破到成为一场全面制造革命的关键因素。Christine将其总结为设备、材料和生态圈三个方面。

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更快的3D打印机,更大的零件



图片来源:GE Reports


目前,3D打印机已经能够用可靠、可重复的方式生产零部件。在金属零部件的制造方面,直接金属激光熔融技术(DMLM)已经可以可靠地制造出喷油嘴这样设计更复杂的整体式零部件。GE公司在三个地方安装了DMLM3D打印机,包括纽约尼什卡纳的研究实验室、匹兹堡的增材技术进步中心和、GE航空在阿拉巴马州奥本的3D打印生产工厂。?接下来,3D打印设备需要解决的挑战是以更快的速度打印出更多种类、更大尺寸的零件,以推动3D打印技术在制造业中的广泛使用。

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新材料开发和应用的研究

除了3D打印机的升级,拓展更丰富的3D打印材料也是推动3D打印技术走向广泛应用的关键因素。GE正致力于为3D打印开发一些新的金属材料,并计划建立一个数百种材料的数据库。为加快对3D打印材料性能的理解和掌握,GE 已在全球研究中心建立了新的增材材料实验室,负责编写3D打印材料配方手册。



图片来源:GE Reports


GE 增材材料实验室的负责人曾表示,金属3D打印过程犹如烘焙蛋糕,只有使用正确的配方、合适的烘焙材料,为烤炉设置一定的温度和时间才能做出美味的蛋糕。用金属3D打印制造零部件也是一样的道理,GE增材材料实验室编写的3D打印材料配方手册就像是一本3D打印零部件的“烘焙手册”,包括一些列材料科学、零部件设计和设备控制策略。GE 增材材料实验室与3D打印工厂相互配合,测试新材料的属性并探索新材料的3D打印工艺。

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以软件、互联网为基础的生态圈

包括GE在内的许多公司已经开始通过云计算和互联网众包平台进行新产品的设计和研发。通过设计软件、互联网这样的数字化载体,全球范围内的设计师、工程师、甚至是3D打印设备被联系在了一起,为新产品设计和研发提供解决方案,在此基础上3D打印的生态圈逐渐形成。Christine表示生态圈影响力的大小将决定3D打印技术革命性的大小,3D打印技术要真正掀起一场全面的制造革命需要借助强大生态圈的力量。

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