行業(yè)案例 | MRO航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修領(lǐng)域的3D打印應(yīng)用

來(lái)源：Ultimaker

導(dǎo)讀：本文將以渦輪排氣溫度熱電偶( EGTTHERMAL COUPLE )作為實(shí)例，帶您一起探究在航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修領(lǐng)域，工程師如何利用3D打印技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件的有效保護(hù)，以及使用3D打印技術(shù)是否比傳統(tǒng)開(kāi)模更具優(yōu)勢(shì)？

工業(yè)皇冠的明珠——航空發(fā)動(dòng)機(jī)
航空發(fā)動(dòng)機(jī)被譽(yù)為工業(yè)皇冠上的明珠，是一個(gè)國(guó)家工業(yè)實(shí)力的集中體現(xiàn)。航發(fā)是典型的資金密集型和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，門(mén)檻相當(dāng)高，具有獨(dú)立研制先進(jìn)航發(fā)的國(guó)家更是很少，主要由美英德法國(guó)家控制著整個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造、維修。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)為飛機(jī)提供，是關(guān)系到飛行安全的關(guān)鍵部件。與其他生產(chǎn)或維修行業(yè)相比，航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修行業(yè)具有極高的資本要求和行業(yè)技術(shù)壁壘——維修流程及要求復(fù)雜，維修費(fèi)用昂貴，維修時(shí)間要求嚴(yán)格等。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維修與保護(hù)
在發(fā)動(dòng)機(jī)大修過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)被打散到子部件做深度維護(hù)，每一個(gè)零部件都要經(jīng)歷清洗、目視檢查、詳細(xì)尺寸檢查、無(wú)損檢測(cè)、集件、組裝、測(cè)試等流程，最終交付給航空公司。飛機(jī)可再次翱翔于藍(lán)天，搭載乘客安全到達(dá)目的地。

發(fā)動(dòng)機(jī)零部件在操作過(guò)程中或運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)、保存過(guò)程中，雖有極小概率被磕碰，但就MRO而言，這小小的失誤卻可造成高達(dá)上百萬(wàn)美金的損失。為此工程師利用全球領(lǐng)先技術(shù)，使用3D打印機(jī)量身定制保護(hù)套，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)輸、轉(zhuǎn)運(yùn)、儲(chǔ)存、組裝期間，確保零部件始終有安全可靠的保護(hù)，為發(fā)動(dòng)機(jī)維修提供高質(zhì)量的后期保障。

追蹤發(fā)動(dòng)機(jī)性能的眼睛——渦輪排氣溫度熱電偶
渦輪排氣溫度熱電偶（EGT THERMALCOUPLE, 以下簡(jiǎn)稱(chēng)熱電偶）的主要作用是用來(lái)測(cè)量渦輪排氣溫度，而發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪排氣溫度直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能追蹤，可以說(shuō)是工程師用來(lái)跟蹤性能趨勢(shì)的一雙眼睛。

熱電偶通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接于發(fā)動(dòng)機(jī)的大腦全權(quán)數(shù)字控制器上( FADEC , 即 Full Authority Digital Engine Control )，導(dǎo)線(xiàn)連接與熱電偶處由特殊材料制成，在維修過(guò)程中，非常容易發(fā)生人為損壞，造成無(wú)法維修，給客戶(hù)和公司造成損失。

借助3D打印技術(shù)保護(hù)零部件
Ultimaker 3D 打印機(jī)具有高精度、快速、靈活、材料環(huán)保等特點(diǎn)，工程師利用逆向技術(shù)，先設(shè)計(jì)熱電偶的外形尺寸，再設(shè)計(jì)針對(duì)熱電偶外形的保護(hù)套。由于保護(hù)套要求具有一定的彈性、韌性以及強(qiáng)度，所以選擇Ultimaker TPU 95A 材料作為研發(fā)保護(hù)套的材料。其功能在于可以有效保護(hù)熱電偶的導(dǎo)線(xiàn)接合處，避免在外力或不可控的因素下，造成熱電偶的損壞。

工程師利用 3D 打印技術(shù)，可快速將設(shè)計(jì)的想法實(shí)踐出來(lái)，經(jīng)過(guò)幾次改進(jìn)后，就可小批量做出一些定制化的保護(hù)套，有效對(duì)熱電偶進(jìn)行24小時(shí)保護(hù)。區(qū)別于傳統(tǒng)開(kāi)模方式，3D 打印具有快速響應(yīng)、快速解決問(wèn)題的特點(diǎn)，并在價(jià)格方面具有極高的性?xún)r(jià)比。

具體是如何操作的呢？
工程師利用三維設(shè)計(jì)軟件，快速設(shè)計(jì)出基本符合零件的模型圖后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入 3D 打印機(jī)，3D 打印利用 Ultimaker Cura 軟件特性，設(shè)置填充比（例如10%），不僅打印速度快，還可以節(jié)約一部分打印材料的成本。待樣品快速打印完成后，試裝是否合適，如果不合適，就重復(fù)設(shè)計(jì)-打印過(guò)程，整個(gè)流程下來(lái)，從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題到解決問(wèn)題，通常是在2-3天即可有合適的解決方案。這樣的優(yōu)勢(shì)，比傳統(tǒng)利用模具更快切更節(jié)省開(kāi)支。待完全定型后，即可小批量打印。如果打印數(shù)量在幾百甚至上千，則開(kāi)模且更有經(jīng)濟(jì)性，但開(kāi)模的缺點(diǎn)在于一旦尺寸有偏差，做出來(lái)的樣品不能用，需要再次尺寸核算后重新開(kāi)模。

TPU 95A 具有較高的流動(dòng)性，區(qū)別于PLA材料，TPU 95A 材料打印出來(lái)的效果雖不如PLA優(yōu)秀，但是作為一款實(shí)用性材料，打印效果也是可圈可點(diǎn)。

Ultimaker TPU 95A 材料相比其他 Ultimaker 原廠(chǎng)材料來(lái)說(shuō)，具有打印平臺(tái)溫度低、無(wú)揮發(fā)性氣味、打印材料柔軟的特性，這種材料特別適合做定制化航空發(fā)動(dòng)機(jī)小批量保護(hù)套的生產(chǎn)。TPU 95A 材料打印過(guò)程中，每層走線(xiàn)細(xì)密，打印完成的產(chǎn)品，外觀(guān)較精美，材料柔韌性強(qiáng)，每層打印材料接合完整。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的摸索，基本是可以打印出來(lái)比較完美的保護(hù)套，即材料無(wú)斷線(xiàn)，層間粘結(jié)緊密，不易發(fā)生損壞，使用效率高……

總 結(jié)
在航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修中，各種保護(hù)套需求巨大，利用 3D 打印技術(shù)，不僅可以快速打印實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件的保護(hù)，從公司發(fā)展長(zhǎng)遠(yuǎn)投資來(lái)看，利用 3D 打印會(huì)比傳統(tǒng)開(kāi)模更具有性?xún)r(jià)比、靈活性和創(chuàng)新性。

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