GE航空公司和GE 增材製造公司正在努力證明：金屬增材製造在價(jia) 格上可以與(yu) 傳(chuan) 統鑄件相媲美，GE 航空公司將從(cong) 鑄造轉向用增材製造技術生產(chan) 陸地/船舶渦輪引氣零件。工程團隊希望這些采用增材製造技術生產(chan) 的零件降低35%的成本——據說，這就可以合理地永久淘汰舊的鑄造模具了。

從(cong) 確定目標零件到用增材製造技術生產(chan) 最終原型件，這個(ge) 工藝轉換過程隻用了10個(ge) 月。通常，用鑄造工藝生產(chan) 航空航天和陸地/船舶渦輪零件可能需要12至18個(ge) 月，或更長時間。

GE航空增材製造負責人Eric Gatlin表示：“這改變了遊戲規則。這是我們(men) 第一次嚐試零件替換，用增材製造的比鑄造的成本更低廉。為(wei) 確保我們(men) 的成本競爭(zheng) 力，我們(men) 找來四家外部供應商報價(jia) ，增材製造的零件價(jia) 格仍然較低。”

在這個(ge) 項目中，檢驗了各種發動機上的許多可以換用增材製造技術生產(chan) 、節省成本的零件。例如，GE航空公司的LEAP發動機上采用增材製造的燃料噴嘴，將20個(ge) 不同的零件——以及加工、組裝它們(men) 所需的步驟——整合成一個(ge) 單一結構。該公司的新型渦輪螺旋槳發動機上的855個(ge) 零件，被合並成僅(jin) 10個(ge) 增材製造零件，達到了另一個(ge) 高度。在這兩(liang) 個(ge) 案例（以及其他案例）中，GE航空公司利用這種零件整合優(you) 勢，大大節省了零件組裝成本。

隨著應用需求越來越多，設備製造商們(men) 開始尋求提高其金屬激光增材製造機器的生產(chan) 力。

GE增材製造公司的概念激光M2係列5機型就是個(ge) 好例子：其雙激光器熔化金屬層的速度比單激光器更快，還能使複雜構造出現更一致的效果。M2激光器也很強大，有400瓦的，也有1千瓦的，可以製出50微米厚的金屬層，還配有一個(ge) 容積為(wei) 21000cm3的巨大製造間。

Gatlin補充說：“我們(men) 一開始就說過，會(hui) 選擇一種已經驗證合格的材料。我們(men) 選擇M2生產(chan) ，因為(wei) 我們(men) 非常了解它。我們(men) 不打算做任何批量設計變更，隻做一些小調整，這樣就能成功地打印零件。我們(men) 簡化了盡可能多的步驟，這樣項目團隊才能取得更快進展。”

這些決(jue) 定令項目團隊得以在2020年4月至9月之間就開發出了最終原型。所有四個(ge) 零件都將用於(yu) LM9000，它是GE航空公司為(wei) 貝克休斯集團製造的GE90渦輪噴氣發動機衍生的陸艦渦輪，但是此次航空公司出於(yu) 產(chan) 品壽命的緣故改用替換零件。該集團也在考慮將數十個(ge) 用於(yu) 舊發動機和產(chan) 品的零件替換掉。

GE航空公司高級項目經理兼項目負責人Joseph Moore表示：“我們(men) 需要在零件壽命耗盡前想出替換方案，需要快速完成開發周期，製出真正能夠發貨的產(chan) 品。為(wei) 了證明我們(men) 能夠做到這一點，公司給了我們(men) 一個(ge) 期限，要求我們(men) 盡可能快、盡可能低成本地製出這種零部件。”

“我們(men) 的目標一直都是尋找將生產(chan) 步驟分離的方法，”繼續說：“隻有少數幾家供應商能夠為(wei) 航空行業(ye) 生產(chan) 熔模鑄件，所以我們(men) 需要另有選擇，才能確保免受淘汰影響，無需依賴特定供應商的成本模型。如果我們(men) 能以更低的價(jia) 格製造一個(ge) 增材製造零件，我們(men) 現在就能省錢，並能躲過未來的漲價(jia) 。”

靈感

新的增材製造出的引氣零件的漏盤（左）和噴氣嘴（右）（圖片來源：GE航空公司）

選擇這四種引氣零件改用增材製造技術，始於(yu) 2020年初。當時GE航空公司對鑄件進行了年度審計。

Gatlin說：“我們(men) 一直都希望削減現有產(chan) 品的成本，所以我們(men) 撒了張大網，囊括了所購買(mai) 的數百種鑄件，然後問自己，‘我們(men) 的競爭(zheng) 力越來越強了嗎？一年前我們(men) 做不到的現在技術上可行了嗎？’”

審查考慮了各種因素，如GE航空公司增材製造機器的性能以及零件的尺寸、形狀和特征。工程師們(men) 詢問這些零件是否使用了他們(men) 之前在這些機器上用過的那些性能良好的材料。

他們(men) 還考慮了後處理步驟的方便性，比如用機械加工來消除表麵缺陷，用釺焊為(wei) 零件添加配件。

到了2020年2月，GE航空團隊已經確定了180個(ge) 他們(men) 認為(wei) 可以改用增材製造技術節省成本的鑄造零件。為(wei) 了確保成效，GE航空公司和GE Additive公司的工程師們(men) 組成了一支團隊，用各自組織的生產(chan) 和財務模型，分成小組，計算生產(chan) 每個(ge) 零件的投資回報率。

隨後，新冠肺炎疫情顛覆了全球的生產(chan) 進程。在GE航空公司位於(yu) 阿拉巴馬州奧本市的增材生產(chan) 工廠，GE航空公司其他發動機的零件都在此生產(chan) 。這次疫情讓這裏的團隊有機會(hui) 聚焦其他項目。他們(men) 意外地擁有製造零件的機器以及後處理時間。這個(ge) 項目就好像為(wei) 了使用這些機器而設立似的。

奧本工廠的高級項目經理和項目負責人Jeff Eschenbach說：“我們(men) 是個(ge) 生產(chan) 車間，在GE航空公司增材製造技術中心開發出低速生產(chan) 工藝前，我們(men) 沒有這樣的項目機會(hui) 。這個(ge) 項目的不同之處就在於(yu) ，我們(men) 從(cong) 一開始就承擔了這個(ge) 任務。它為(wei) 現場的工程師提供了參與(yu) 機會(hui) 。”

幾十種零部件通過了初步篩選。經過另做的一些分析，其中9個(ge) 入選，包括用於(yu) 其他的船用燃氣渦輪發動機、支線噴氣式客機用的渦輪風扇以及一些軍(jun) 事項目上的零件。它們(men) 都是由CoCr（一種廣泛用於(yu) 熱渦輪零件的鈷和鉻合金）或Ti-64製成的。他們(men) 隻研究了概念激光M2機器能夠加工的零件。

然後，團隊進一步縮小了範圍，根據基於(yu) 零件的工程資源及節省成本的重要性進行了優(you) 先排序。最後團隊確定了LM9000引氣係統的四個(ge) 適配器帽，作為(wei) 奧本項目的焦點。

這四個(ge) 零件直徑約8.9厘米，高度約15.2厘米，由CoCr合金製成，用於(yu) 處理渦輪壓縮機產(chan) 生的熱壓縮空氣。從(cong) 製造角度來看，它們(men) 共享一個(ge) 基本的幾何形狀，具有相似的特征。工程師們(men) 之前假定M2可以一次生產(chan) 三個(ge) 零件，但很快就重設了布局，將零件數增加到了四個(ge) ，立即提高了生產(chan) 率，因為(wei) 生產(chan) 四個(ge) 零件所需的時間與(yu) 生產(chan) 三個(ge) 零件所需的時間差不多。

參與(yu) 該項目的GE增材製造工程師Steve Slusher補充說，團隊通過模擬和分析，展示了這些零件的性能與(yu) 他們(men) 替換的鑄造零件相同。團隊還為(wei) 每次生產(chan) 設立了測試杆，一些在適配器帽的開口腔裏，一直通到下麵的架構板，這樣技術人員就可以測量每次生產(chan) 運行的完整性了。

發現

據說這個(ge) 項目取得了巨大的成功。Catlin表示，這是GE航空公司首次嚴(yan) 格按成本從(cong) 熔模鑄造轉型增材製造。這些零件都是一對一替換品，無需任何重新設計或零件整合步驟以提高經濟效益——而且完成得很快。

“讓我印象深刻的是，”Eschenbach說，“我們(men) 可以用現有的鑄造設計在打印機上快速複製。在項目開始幾周內(nei) ，最終產(chan) 出的零件與(yu) 他們(men) 對應的鑄造件質量相同。這個(ge) 項目可以作為(wei) 未來工作的模板。”

GE增材製造公司高級技術主管Kelly Brown補充道：“從(cong) 商業(ye) 角度來看，奧本團隊展現了我們(men) 過去沒有的實力，現在我們(men) 有了一係列可以繼續開發的零件。這個(ge) 團隊的所作所為(wei) 很了不起，真正展示了他們(men) 的能力。