著名航空航天企業(yè)法國賽峰集團(tuán)宣布將在法國波爾多開設(shè)增材制造/3D打印園區(qū)，該園區(qū)的投資金額達(dá)6800萬歐元，這個(gè)園區(qū)被命名為賽峰增材制造（Safran Additive），將在工程、生產(chǎn)和研發(fā)方面創(chuàng)造200個(gè)就業(yè)崗位。新的賽峰增材制造園區(qū)將成為賽峰集團(tuán)3D打印能力的重要補(bǔ)充。

    十多年來，賽峰集團(tuán)一直在將3D打印技術(shù)應(yīng)用于航空航天零部件開發(fā)與制造工作中。本期，3D科學(xué)谷整理了賽峰集團(tuán)過去幾年通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜航空零部件制造的應(yīng)用，從中可以感受到賽峰正處在前沿的直接制造技術(shù)領(lǐng)域，并通過增材制造技術(shù)搭建起新的制造技術(shù)壁壘。

3D打印助力下一代發(fā)動(dòng)機(jī)的制造

    賽峰集團(tuán)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)市場中渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要制造商之一。賽峰集團(tuán)與GE平股合資公司的CFM國際公司是LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)的制造商。LEAP 發(fā)動(dòng)機(jī)中對減少排放，降低燃油消耗起到關(guān)鍵作用的燃油噴嘴頭是3D打印技術(shù)制造的，目前GE 航空已經(jīng)實(shí)現(xiàn)這一3D打印燃油噴嘴的量產(chǎn)。根據(jù)GE航空，該部件中集成的14條精密的流體通道將燃油與空氣高效混合，可以幫助發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的性能。

圖：戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)市場，來源：《3D打印與航空發(fā)動(dòng)機(jī)白皮書》。

透博梅卡公司（Turbomeca）是斯奈克瑪?shù)淖庸?，隸屬于賽峰集團(tuán)，其產(chǎn)品還包括通用飛機(jī)和導(dǎo)彈用的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)以及地面、工業(yè)和海上用的發(fā)動(dòng)機(jī)。

 透博梅卡在2015年就宣布在其法國Bordes制造工廠使用金屬3D打印設(shè)備生產(chǎn)直升機(jī)部件。已實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的零部件包括3D打印燃料噴射器噴嘴和Ardiden 3發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室漩渦式噴嘴。Bordes工廠的增材制造設(shè)備是透博梅卡改善公司制造能力的長期計(jì)劃的一部分，他們計(jì)劃將多種增材制造技術(shù)整合進(jìn)供應(yīng)鏈中。

 根據(jù)透博梅卡，Arrano 燃料噴射器噴嘴由單一材料一次成型，在使用中顯示出了先進(jìn)的噴射和冷卻功能。

在直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域，賽峰有一款3D打印的鎳基合金X材料噴嘴已通過了歐洲航空安全局(EASA)認(rèn)證，該噴嘴是Leonardo AW189型直升機(jī)的輔助動(dòng)力裝置(APU)的核心部件之一。

 3D打印噴嘴安裝在賽峰集團(tuán)設(shè)計(jì)的eAPU60微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上，以滿足推重比高和結(jié)構(gòu)緊湊的需求。 e-APU60能夠提供60kWe功率，能夠保證發(fā)動(dòng)機(jī)的電力起動(dòng)（在地面或者空中停車狀態(tài)）和座艙加熱。 e-APU60的典型特征包括：更優(yōu)的功率重量比，出色的緊湊性，流線型結(jié)構(gòu)和基于創(chuàng)新科技的高壓力循環(huán)，高可靠性保證，低使用費(fèi)用和出色的性能。

     eAPU60渦輪噴嘴采用選區(qū)激光熔化3D打印工藝制造，采用鎳基合金X代替?zhèn)鹘y(tǒng)上使用的鉻鎳鐵合金鑄件。傳統(tǒng)的渦輪噴嘴由八個(gè)組件組成，通過3D打印允許將其切割成僅僅四個(gè)部件，使得噴嘴比原來輕了35％。采用3D打印技術(shù)制造渦輪噴嘴也縮短了開發(fā)時(shí)間，3D打印組件可以在幾天內(nèi)就完成制造。

賽峰集團(tuán)廣泛的材料測試活動(dòng)也有助于推進(jìn)3D打印渦輪噴嘴的認(rèn)證。結(jié)果表明，噴嘴的新設(shè)計(jì)非常適合于通過選擇性激光熔化工藝來加工，其冶金性能符合必須在極端條件下工作的高性能APU組件所承受的熱和所需要達(dá)到的機(jī)械性能要求。賽峰集團(tuán)著力于研究如何通過3D打印在零部件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的幾何形狀，從而減輕重量，同時(shí)提高強(qiáng)度和耐久性。

賽峰集團(tuán)的在新型直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)-Aneto渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)中也應(yīng)用了3D打印組件。Aneto渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)是大功率發(fā)動(dòng)機(jī)系列， Aneto-1K在航空航天公司Leonardo的AW189K直升機(jī)中使用。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，Aneto-1K的一大特點(diǎn)是，在其燃燒室中裝有3D打印組件，以及3D打印導(dǎo)向葉片。

  Aneto渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)專為超級中型和重型直升機(jī)市場而設(shè)計(jì)，賽峰集團(tuán)的新型發(fā)動(dòng)機(jī)采用了賽峰的“突破性技術(shù)”，Aneto系列發(fā)動(dòng)機(jī)的功率范圍為2500至3000（shp）。Aneto發(fā)動(dòng)機(jī)包含四級壓縮機(jī)，由3D打印部件組成的新燃燒室，以及3D打印的進(jìn)口導(dǎo)向葉片。3D打印帶來更好的性能，并降低制造成本。根據(jù)賽峰集團(tuán)，由于“特殊”的動(dòng)力與體積比，新發(fā)動(dòng)機(jī)的功率將比現(xiàn)有的相同發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提高25％。這將提供更多的動(dòng)力，特別是對于海上任務(wù)，搜索和救援，消防或軍事運(yùn)輸?shù)热蝿?wù)，Aneto渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)是尤其適合的。

增材制造設(shè)計(jì)與工藝的研究

開發(fā)這些增材制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，離不開對于增材制造設(shè)計(jì)的探索以及對于金屬增材制造工藝的駕馭能力，賽峰集團(tuán)這些方面也進(jìn)行了努力。

例如，賽峰在通過增材制造來制造不對稱零部件，賽峰開發(fā)的方法包括以下步驟：

- 提供待制造部件的數(shù)字模型;
- 使模型相對于構(gòu)造方向定向;
- 通過增加犧牲平衡部分來修改模型，該犧牲平衡部分被配置成為了平衡在制造部件時(shí)出現(xiàn)的殘余應(yīng)力的用途;
- 在修改的模型基礎(chǔ)上，使用增材制造技術(shù)逐層制造出零件;
- 通過減材的制造方法切除掉犧牲部分。

     通過這種方法，可以在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)階段檢測在制造過程中累積的殘余應(yīng)力的潛在風(fēng)險(xiǎn)，特別是部件內(nèi)的不對稱性，然后糾正模型的設(shè)計(jì)，以使其具有更規(guī)則和更好的比例，以便在制造期間使部件內(nèi)的殘余應(yīng)力得以平衡。因此，在逐層制造期間，殘余應(yīng)力以更均勻的方式在部件內(nèi)分布：這避免了這些殘余應(yīng)力集中在部件的某些區(qū)域中，超過可能導(dǎo)致部件的臨界變形的某個(gè)閾值。這種方法還被賽峰應(yīng)用到了具有前緣，后緣和翼型的葉片部件加工。