왜 비행기 엔진이 이렇게 제조가 어렵습니까?

1 보강재 제조 기술의 장점

예를 들어, 3D 인쇄 제조 기술을 예로 들자면, 정보 기술과 제조 기술의 고도로 융합된 3D 인쇄는 구조가 복잡한 고성능 금속 부품의 몰딩, 속도, 완전 촘함, 근순 성형, 특히 레이저 성형 및 수리 부품을 실현할 수 있습니다. 그 기계적 성능은 단조와 비슷하며 항공 엔진, 가스 터빈 등 분야의 기술적 과제를 해결하는 가장 좋은 신기술이 되었습니다. 3D 인쇄 기술은 기존 제조 기술에 비해 다음과 같은 10 가지 잠재적 이점을 제공합니다.

(1) 제조 비용 절감. 전통적인 제조업의 경우 제품 모양이 복잡할수록 제조 비용이 높아진다. 3D 인쇄는 제품 모양이 복잡하기 때문에 더 많은 시간과 비용을 소모하지 않습니다. 3D 인쇄는 성능 추구를 위해 Aeroengine 이 선보이는 다양한 형태의 복잡한 부품 제조에 유리할 수밖에 없습니다.

(2) 제품의 다양화에 적합하다. 항공 엔진 자체는' 시험 제작' 제품이며, 연구 과정에서 설계를 반복적으로 수정해야 한다. 전통적으로 각 개선 라운드에는 금형을 수정하여 제조 비용을 늘려야 했습니다. 3D 인쇄에서는 제품의 모양 변경을 위해 금형을 수정할 필요가 없습니다.

(3) 조립을 최소화하고 무게를 줄이십시오. 토폴로지 최적화 설계를 통해 3D 인쇄는 복합 부품을 인쇄하고, 제품 조립을 줄이고, 제품 무게를 줄일 수 있습니다.

(4) 즉시 납품합니다. 3D 인쇄는 주문형 인쇄에 사용할 수 있어 Aeroengine 의 일부 장기 부품의 시험 제작 주기를 크게 단축시킬 수 있습니다.

(5) 설계 공간을 확장하다. 전통적인 제조 방법의 제한을 받아 제품은 공예의 실현 가능성에 따라서만 설계할 수 있다. 예를 들어, Aeroengine 터빈 블레이드의 공기형 구멍 모양은 원형일 수 있습니다. 3D 인쇄는 냉각 효과 요구 사항에 따라 터빈 블레이드의 공기몰을 타원형이나 기타 임의의 모양으로 설계할 수 있습니다.

(6) 기술 요구 사항을 줄입니다. 전통적으로 Aeroengine 의 많은 부품 제조는 운영자의 기술 요구 사항이 높았으며, 심지어 일부 부품은 1 사람 또는 몇 명만 제조할 수 있었습니다. 3D 인쇄는 동일한 복잡한 제품을 만들기 위해 설계 문서에서 다양한 지침을 얻습니다. 3D 프린터에는 기존 주조보다 훨씬 적은 조작 기술이 필요합니다.

(7) 휴대용 제조. 전통적인 주조 단조는 제품만 장비보다 작게 만들 수 있다. 3D 프린터를 디버깅한 후 인쇄 장치는 자유롭게 이동하여 자체 장치보다 더 큰 제품을 만들 수 있습니다.

(8) 낭비를 줄이다. 기존의 가공 및 감재 제조와는 달리 3D 인쇄 제조는 증재 제조에 속한다. 항공 엔진과 가스 터빈은 전통적인 금속 가공을 대량으로 사용하며, 가공 과정에서 대량의 원자재가 폐기되고, 3D 인쇄의' 순형' 은 금속 제조의 낭비를 크게 줄였다.

(9) 재료 조합. 전통적인 항공 엔진과 가스 터빈 제조 방법의 경우 서로 다른 재료 (주조, 단조 등) 를 결합하기 어렵다. ) 는 단일 제품으로 통합되고 3D 인쇄는 서로 다른 원자재를 통합할 수 있습니다.

(10) 정확한 물리적 사본. 디지털 파일 복제와 마찬가지로 3D 인쇄는 향후 디지털 복제를 물리적 영역으로 확장하여 부품 오프사이트 복제를 가능하게 합니다.

2 적용 상태

2. 1 직접 제조 분야

금속 부품 직접 증재 제조의 기술 개념은 초기에 UTRC 가 1979 에서 제안한 것으로, 그 응용 대상은 항공 엔진 터빈 디스크 제조 [2] 였다. 1994, 국제 3 대 항공 엔진 회사 중 하나인 영국 롤스로이스? 롤스 로이스는 영국 클랜필드 대학과 공동으로 항공 엔진 케이스의 레이저 입체 성형 (LSF) 제조 기술을 탐구했다. 2000 년 미국 보잉사는 LSF 기술로 제조된 세 가지 티타늄 부품이 F-22 와 F/A-l8E/F 비행기에 적용되었으며 200 1 년 LSF 기술 미국 국가 표준 (201/

2005 년 노스웨스턴 공대는 LSF 기술과 주조 기술을 결합하여 항공 엔진 96 1+GH4 169 합금 복합 베어링 후면 상자의 제조 문제 [4] 를 해결해 새로운 엔진 개발을 위한 제때 설치 및 시운전을 보장했습니다. 최근 몇 년 동안, 금속 직접 증재 제조 기술 성숙도가 점차 높아짐에 따라, 특히 금속 직접 증재 제조 설비의 상품화로 금속 직접 증재 제조 기술을 이용한 항공 엔진 부품의 성형 제조가 점차 국내외 항공 엔진 회사와 연구기관의 중시를 불러일으키고 있다. 그림 1 은 독일 EOS 가 생산한 선택적 레이저 용융 (SLM) 장비가 항공 엔진 부품 제조에서 응용할 수 있는 잠재력을 보여줍니다.

이탈리아 Avio 는 스웨덴 Arcam 이 생산한 전자빔 제련 설비를 이용하여 TiAl 저압 터빈 블레이드를 생산한다. LSF 기술을 Aeroengine 부품 수리에 적용하는 것 외에도 독일 MTU Aeroengine 은 최근 SLM 기술이 직접 제조한 Aeroengine 소형 압축기 정자부품을 테스트하기 시작했다. 롤스? 롤스 로이스 항공 엔진 회사도 금속 직접 증재 제조 기술을 선진 항공 엔진 경량 부품의 직접 제조에 적용하는 것을 고려하고 있다. 프랫&; Whitney) 는 MTU Aeroengine 에 의존하며 그림 2 와 같이 SLM 기술을 통해 Purepower PW1100G-JM Aeroengine 부품을 직접 제조하는 실험을 진행하고 있습니다.

현재 미국 GE 는 각종 금속 직접 증재 제조 설비 300 여 대를 보유하고 있으며, 항공 엔진 금속 부품 직접 증재 제조 방면에서 세계 선두를 달리고 있다. 최근 미국 GE 는 하이엔드 항공 엔진 부품 직접 제조의 수요에 따라 미국 Morris 와 이탈리아 Avio 를 인수하여 항공 엔진 부품의 SLM 및 EBM 제조 연구 및 관련 테스트에 주력하고 있습니다. 미국 모리스는 SLM 기술을 이용하여 그림 3 과 같이 20 대 이상의 최첨단 SLM 장비를 보유하고 있는 대량의 항공 엔진 부품을 생산했다. 20 13 년 말 GE 는 차세대 GELeap 엔진을 위한 인젝터를 생산하기 위해 SLM 기술을 채택할 예정이라고 발표했습니다. 연간 생산량은 4 만개입니다. GE 는 SLM 기술을 사용하여 노즐을 생산하면 생산 주기의 2/3 을 단축하고 생산 비용을 50% 절감하고 신뢰성을 크게 높일 수 있다는 사실을 발견했습니다.

2.2 첨가제 수리 분야

항공 엔진의 열악한 작업 환경은 부품 제조에 대한 요구가 매우 높다는 것을 결정한다. 오랫동안 직접 금속 증재 제조의 중점은 여전히 항공 엔진 부품의 수리였다. LSF 기술의 상업화에 주력하는 미국 회사인 OptomecDesign 은 T700 미 해군 항공기 엔진 부품의 마모 수리에 LSF 기술을 적용했습니다. 그림 4 에서 볼 수 있듯이 장애가 발생한 부품을 빠르고 저렴한 비용으로 재생산할 수 있습니다. 독일 MTU 와 하노버 레이저 연구 센터는 터빈 블레이드 크라운 그룹의 단단한 표면 코팅 또는 기하학적 치수 수리에 LSF 기술을 적용했습니다.

독일 플로엔호프 연구소는 티타늄 합금 및 초합금 항공 엔진의 손상된 부품 수리 및 재생산에 LSF 기술을 적용하는 데 주력하고 있습니다. 영국 롤스 로이스 항공 엔진 회사는 LSF 기술을 이용하여 터빈 엔진 부품을 수리했다. 스위스 로잔 공대의 W 쿠르츠 교수는 LSF 기술을 이용하여 초합금 단결정 블레이드를 수리했다. 국내에서 서북공업대학은 LSF 기술을 기반으로 레이저 성형 복구의 시스템 연구와 응용을 실시했으며, 레이저 성형 수리 기술과 엔진 부품 미시 구조 및 성능 제어 통합 기술을 연구하여 그림 5 와 같이 대형, 중, 소형 항공 엔진, 블레이드, 리프 디스크, 튜빙 등 중요한 부품의 복구에 광범위하게 적용되었습니다.

3 응용 프로그램 전망

GE 는 GRABCAD 협회를 통해 금속 직접 증재 제조 기술을 기반으로 한 티타늄 엔진 스탠드 재설계 대회를 개최했다. * * * 56 개국에서 온 디자인 애호가들이 697 건의 참가 작품을 제출했는데, 이 중 챔피언 디자인은 스탠드 무게를 2.033kg 에서 327g 로 84% 줄였다. 분말 침대 기반 SLM 기술을 사용하여 부품을 생산하는 것은 작은 구멍이 생기지 않도록 하기 어렵기 때문에 피로 성능이 저하될 수 있으며, GE 의 경우 SLM 기술로 생산된 부품은 주로 이형관과 주물을 생산하는 데 사용됩니다. 이에 따라 GE 는 동기식 공급 기술을 기반으로 한 LSF 기술을 탐구하여 고성능 소형 항공 엔진 부품을 생산하고 있습니다.

그림 6 은 ge 가 노스웨스턴 공업대 LSF 기술을 기반으로 제조한 GE90 엔진 복합재 와이드 팬블레이드 티타늄 수입 가장자리와 초합금 케이스입니다. 이 중 티타늄 합금 입구 모서리 길이 1000mm, 벽 두께 0.8~ 1.2mm, 최종 가공 변형은 0. 12mm 에 불과하며 GE 회사 테스트를 통과했습니다. 그림 7 은 GE 가 금속 직접 첨가제를 사용하여 항공 엔진을 제조할 것으로 예상되는 다양한 부품을 보여 주는 도식입니다. GE 는 향후 직접 금속으로 제조된 부품이 항공 엔진 부품의 50% 를 차지할 것으로 예상하고 있으며, 이를 통해 개발된 각 대형 항공 엔진의 무게가 최소 454kg 를 줄일 것으로 전망했다.

금속 직접 첨가 제조 기술은 항공 엔진 부품 제조에서 중요한 응용 잠재력과 광범위한 응용 가능성을 보여줍니다. 그러나 기술 원리와 제조 비용에 따라 모든 가공 기술에는 자체 구조적 특성이 있으며, 항공 엔진 부품 제조도 마찬가지입니다. 금속 직접 증재 제조 기술의 성형 정밀도, 효율성 및 비용 특성을 기반으로 합니다. 이 기술은 엔진에서 경량 요구 사항이 있는 복잡한 부품, 특히 내부 오일 및 런이 있는 조립품, 복잡한 플랜지 또는 보스가 있는 조립품, 복잡한 익형이 있는 조립품, 닫힌 벌집 구조 또는 천공 벌집 구조가 있는 조립품 및 통합 컨투어 채널이 있는 조립품에 적합합니다.