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行业案例 | MRO航空发动机维修领域的3D打印应用

本文将以涡轮排气温度热电偶( EGTTHERMAL COUPLE )作为实例,带您一起探究在航空发动机维修领域,工程师如何利用3D打印技术来实现对零部件的有效保护,以及使用3D打印技术是否比传统开模更具优势?

行业案例 | MRO航空发动机维修领域的3D打印应用

工业皇冠的明珠——航空发动机

航空发动机被誉为工业皇冠上的明珠,是一个国家工业实力的集中体现。航发是典型的资金密集型和技术密集型产业,门槛相当高,具有独立研制先进航发的国家更是很少,主要由美英德法国家控制着整个航空发动机的设计、生产、制造、维修。
 
航空发动机为飞机提供,是关系到飞行安全的关键部件。与其他生产或维修行业相比,航空发动机维修行业具有极高的资本要求和行业技术壁垒——维修流程及要求复杂,维修费用昂贵,维修时间要求严格等。
 

 

航空发动机的维修与保护

在发动机大修过程中,发动机被打散到子部件做深度维护,每一个零部件都要经历清洗、目视检查、详细尺寸检查、无损检测、集件、组装、测试等流程,最终交付给航空公司。飞机可再次翱翔于蓝天,搭载乘客安全到达目的地。
 
发动机零部件在操作过程中或运输转运、保存过程中,虽有极小概率被磕碰,但就MRO而言,这小小的失误却可造成高达上百万美金的损失。为此工程师利用全球领先技术,使用3D打印机量身定制保护套,在发动机运输、转运、储存、组装期间,确保零部件始终有安全可靠的保护,为发动机维修提供高质量的后期保障。
 

追踪发动机性能的眼睛

 涡轮排气温度热电偶 

涡轮排气温度热电偶(EGT THERMALCOUPLE, 以下简称热电偶)的主要作用是用来测量涡轮排气温度,而发动机的涡轮排气温度直接影响着发动机的性能追踪,可以说是工程师用来跟踪性能趋势的一双眼睛。
 
热电偶通过导线连接于发动机的大脑全权数字控制器上( FADEC , 即 Full Authority Digital Engine Control ),导线连接与热电偶处由特殊材料制成,在维修过程中,非常容易发生人为损坏,造成无法维修,给客户和公司造成损失。
 

 

借助3D打印技术保护零部件

Ultimaker 3D 打印机具有高精度、快速、灵活、材料环保等特点,工程师利用逆向技术,先设计热电偶的外形尺寸,再设计针对热电偶外形的保护套。由于保护套要求具有一定的弹性、韧性以及强度,所以选择Ultimaker TPU 95A 材料作为研发保护套的材料。其功能在于可以有效保护热电偶的导线接合处,避免在外力或不可控的因素下,造成热电偶的损坏。
 
工程师利用 3D 打印技术,可快速将设计的想法实践出来,经过几次改进后,就可小批量做出一些定制化的保护套,有效对热电偶进行24小时保护。区别于传统开模方式,3D 打印具有快速响应、快速解决问题的特点,并在价格方面具有极高的性价比。

 

■具体是如何操作的呢?

 工程师利用三维设计软件,快速设计出基本符合零件的模型图后,将数据导入 3D 打印机,3D 打印利用 Ultimaker Cura 软件特性,设置填充比(例如10%),不仅打印速度快,还可以节约一部分打印材料的成本。待样品快速打印完成后,试装是否合适,如果不合适,就重复设计-打印过程,整个流程下来,从发现问题到解决问题,通常是在2-3天即可有合适的解决方案。这样的优势,比传统利用模具更快切更节省开支。待完全定型后,即可小批量打印。如果打印数量在几百甚至上千,则开模且更有经济性,但开模的缺点在于一旦尺寸有偏差,做出来的样品不能用,需要再次尺寸核算后重新开模。
TPU 95A 具有较高的流动性,区别于PLA材料,TPU 95A 材料打印出来的效果虽不如PLA优秀,但是作为一款实用性材料,打印效果也是可圈可点。
 
Ultimaker TPU 95A 材料相比其他 Ultimaker 原厂材料来说,具有打印平台温度低、无挥发性气味、打印材料柔软的特性,这种材料特别适合做定制化航空发动机小批量保护套的生产。TPU 95A 材料打印过程中,每层走线细密,打印完成的产品,外观较精美,材料柔韧性强,每层打印材料接合完整。经过一段时间的摸索,基本是可以打印出来比较完美的保护套,即材料无断线,层间粘结紧密,不易发生损坏,使用效率高……

总 结

在航空发动机维修中,各种保护套需求巨大,利用 3D 打印技术,不仅可以快速打印实现对零部件的保护,从公司发展长远投资来看,利用 3D 打印会比传统开模更具有性价比、灵活性和创新性。
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