根据通用（GE）航空工程师的看法，金属增材制造所面临的挑战与这种技术所保有的希望相比是很小的。你应该如何做才能制造出一台重量减轻1000lb（1lb=0.45kg）的飞机发动机呢？

通用（GE）航空的David Abbott先生与Todd Rockstroh先生正在讨论增材制造技术。具体来说，是通过直接金属激光烧结或选择性激光熔化制造飞机发动机部件，他们列出了一连串的严峻挑战。

●通过这些工艺制造的金属部件的性质远未得到证实，性质是否等同于飞机发动机原件的性能要求？是可重复的属性吗？

●对于通用（GE）严格的公差，金属增材制造工艺的尺寸精确度不能做到根本上足够精确。但该公司已经获得了提升设备精准度的校准方法，正在进一步开发缩小补偿的模型。

●增材制造的一项重要优势是形成复杂内部特征的能力，但这些特征的粗糙度影响液体流动和疲劳寿命。怎么才能磨光这些复杂内表面呢？

●在增材制造期间移动部件，部件就会变形。制造一个重要原件需要找到部件正确的方向，及工程部分合适的支撑结构。可能要经过多次生产才能搞清楚这一切，但是每次生产都很费时。是否有更快的方法到达最佳的工艺？

假设所有这些挑战都存在，增材制造部件仍然有效吗？其是否保持对飞机发动机部件生产的重要性？

这两个人的回答毫无疑问是肯定的。“这就是制造的未来。”Rockstroh先生说。奋斗正引领着我们实现目标，这些挑战最终将被战胜。增材制造的重要价值足以抵消上述所有挑战。

图1  通用（GE）Passport 20发动机从生产开始便已加入了增材制造的部件

1000磅

Rockstroh先生和Abbott先生都是通用（GE）激光应用团队在Ohio州Evendale的成员，负责改进金属增材制造技术。团队从事这项工作已有数年，但是对金属增材制造的关注也只是随着这项技术的改善，并变得对生产越来越可行之后。

原因是增材制造技术有非常光明的前景，因为飞机发动机原件中那些采用一般生产方式加工的部件，是设计配合制造方法的极限。例如，孔是直的，因为所钻的孔只能是直的；铸件在特定点上很厚，因为铸造工艺的金属流动要求该区域的厚度；转配件增加额外基座只是为了焊接元件必须的钎焊与焊接步骤。这些要求导致的发动机增加的重量，及其额外的重量影响着飞机的性能。

但是增材制造可以使工程师重新设计原件，以使部件实现相同或更好的功能，而且质量更小。这将允许“不可加工”的形状，并允许用单件替代装配件。在一个发动机内的部件希望利用增材制造技术生产以减轻重量，通用（GE）航空针对设计部件已经启动了一项率先性的计划。

“在6000lb的发动机上，我们希望减轻1000lb。”Rockstroh先生说。这样大的重量减轻将使飞机在有效载荷、燃油效率和性能方面实现大幅提升。

现在，一些重量的减轻还是假设性的。他们假设部件设计在增材制造设备上变得更快、更经济有效之后才具有实践性。而这些设备正在朝着这个方向在发展。

同时，把减轻的1000lb进行分类，将能够为通用（GE）展现出在何处可以实现最简单的重新设计，因此制造商可以清晰的知道其下一步努力的方向，以尽快使增材制造的部件进入批量生产。Rockstroh先生和Abbott先生的小组现在正在把第一部分转移给其第一生产供应商。

图2  图中所示两款支架，再次阐明增材制造技术提供的自由度，左边是当前的生产设计，右侧是具有相同功能，但是只有采用增材制造技术才能生产的这种形状的支架

不止是形状

首先将哪一个发动机部件进行增材制造生产，通用（GE）并不想公开。但像许多飞机发动机部件一样，这个部件面临着性能方面的要求，包括跨越巨大温度范围的热循环载荷。

这些性能要求突出了增材制造技术所面临的困难。当观察3D打印机如何优美地制造外形精细时，就会面临一些不明显的困难。形状、适应性和功能是对一个部件的三方面要求。Abbott先生说：“形状是增材制造技术表现最好的一个方面，另外两个方面则会面临一些困难。”

“适应性我们可以达到，但需要努力。”Abbott先生说。通过添加周期或二次加工，如机床加工，可以实现严格的尺寸控制。

Abbott先生认为功能是不确定的方面。通用（GE）所建立的制造工艺中使用的金属能够满足严格的一致性要求，而且由其制成的部件也应满足同等严格的性能要求。简言之，增材制造的部件与由铸件或固块加工的部件同样具有可靠的弹性且耐用吗？

很多情况下，答案是否定的。但工作仍在继续。增材制造技术正在改善，而且团队在改善这些工艺的应用方面已经取得了一些成功。

“实现第一个增材制造部件的批量生产是最重要。”Abbott先生说，“因为在实现这一步的道路上经历的挑战已经给了通用（GE）团队足够的经验和教训，它们适用于之后每个即将采用增材制造生产的部件。因为之后的这些部件将不会像第一个部件那样难于使用增材制造技术生产。”

图3  通用（GE）航空的增材制造能力包括图片中这台设备

批量生产

2012年第一个部件开始生产，通用（GE）航空将已被证实的部件制造工艺交给了一个初始供应商。“第二个供应商在2013年来到。”Rockstroh先生说，“而且到2015年，将会有足够的供应商负责对所有部件进行增材制造生产。到时，如果生产能力足够，其他增材制造部件也将转入生产。”

“供应链是必须强调的另一个方面的挑战。”Rockstroh先生说。如果今天进行批量生产，那第一个通用（GE）航空的增材制造的部件将消耗大部分北美地区当前可用的直接金属激光烧结产能。显然，这是一个问题。

这就是通用（GE）认为两项进步中的一项将在今后几年发生的原因。要么北美地区可用于生产的增材制造设备的数量增加，要么即将投入使用的设备比今天的设备具有更高的水平。

这两种期望都是合理的。实际上，假设以市场和技术进步的速度，Rockstroh先生认为这两种发展都是可能的。