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

    十多年來，賽峰集團一直在將3D打印技術應用于航空航天零部件開發(fā)與制造工作中。本期，3D科學谷整理了賽峰集團過去幾年通過3D打印技術實現(xiàn)的復雜航空零部件制造的應用，從中可以感受到賽峰正處在前沿的直接制造技術領域，并通過增材制造技術搭建起新的制造技術壁壘。

3D打印助力下一代發(fā)動機的制造

    賽峰集團是航空發(fā)動機市場中渦扇發(fā)動機和戰(zhàn)斗機發(fā)動機的主要制造商之一。賽峰集團與GE平股合資公司的CFM國際公司是LEAP發(fā)動機的制造商。LEAP 發(fā)動機中對減少排放，降低燃油消耗起到關鍵作用的燃油噴嘴頭是3D打印技術制造的，目前GE 航空已經(jīng)實現(xiàn)這一3D打印燃油噴嘴的量產。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)動機實現(xiàn)優(yōu)越的性能。

圖：戰(zhàn)斗機發(fā)動機市場，來源：《3D打印與航空發(fā)動機白皮書》。

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

 透博梅卡在2015年就宣布在其法國Bordes制造工廠使用金屬3D打印設備生產直升機部件。已實現(xiàn)生產的零部件包括3D打印燃料噴射器噴嘴和Ardiden 3發(fā)動機的燃燒室漩渦式噴嘴。Bordes工廠的增材制造設備是透博梅卡改善公司制造能力的長期計劃的一部分，他們計劃將多種增材制造技術整合進供應鏈中。

 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的噴射和冷卻功能。

在直升機發(fā)動機制造領域，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)認證，該噴嘴是Leonardo AW189型直升機的輔助動力裝置(APU)的核心部件之一。

 3D打印噴嘴安裝在賽峰集團設計的eAPU60微型渦輪發(fā)動機上，以滿足推重比高和結構緊湊的需求。 e-APU60能夠提供60kWe功率，能夠保證發(fā)動機的電力起動（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，流線型結構和基于創(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)的渦輪噴嘴由八個組件組成，通過3D打印允許將其切割成僅僅四個部件，使得噴嘴比原來輕了35％。采用3D打印技術制造渦輪噴嘴也縮短了開發(fā)時間，3D打印組件可以在幾天內就完成制造。

賽峰集團廣泛的材料測試活動也有助于推進3D打印渦輪噴嘴的認證。結果表明，噴嘴的新設計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到的機械性能要求。賽峰集團著力于研究如何通過3D打印在零部件內部實現(xiàn)更為復雜的幾何形狀，從而減輕重量，同時提高強度和耐久性。

賽峰集團的在新型直升機發(fā)動機-Aneto渦輪軸發(fā)動機中也應用了3D打印組件。Aneto渦輪軸發(fā)動機是大功率發(fā)動機系列， Aneto-1K在航空航天公司Leonardo的AW189K直升機中使用。根據(jù)3D科學谷的市場觀察，Aneto-1K的一大特點是，在其燃燒室中裝有3D打印組件，以及3D打印導向葉片。

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

增材制造設計與工藝的研究

開發(fā)這些增材制造航空發(fā)動機零部件，離不開對于增材制造設計的探索以及對于金屬增材制造工藝的駕馭能力，賽峰集團這些方面也進行了努力。

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出現(xiàn)的殘余應力的用途;
- 在修改的模型基礎上，使用增材制造技術逐層制造出零件;
- 通過減材的制造方法切除掉犧牲部分。

     通過這種方法，可以在計算機輔助設計階段檢測在制造過程中累積的殘余應力的潛在風險，特別是部件內的不對稱性，然后糾正模型的設計，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的殘余應力得以平衡。因此，在逐層制造期間，殘余應力以更均勻的方式在部件內分布：這避免了這些殘余應力集中在部件的某些區(qū)域中，超過可能導致部件的臨界變形的某個閾值。這種方法還被賽峰應用到了具有前緣，后緣和翼型的葉片部件加工。