近日，美國圣母大學(xué)渦輪機(jī)械實(shí)驗(yàn)室（NDTL）、挪威鈦（Norsk Titanium）、普拉特&惠特尼公司（Pratt & Whitney）和TURBOCAM國際公司宣布對(duì)采用增材制造技術(shù)生產(chǎn)的整體鈦葉片螺旋槳進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試。首次測(cè)試是2018年完成的，本次測(cè)試將檢測(cè)螺旋槳的動(dòng)態(tài)性能。該產(chǎn)品采用挪威鈦的快速等離子沉積TM（RPDTM）技術(shù)生產(chǎn)而成，將按照普拉特&惠特尼公司目前渦輪機(jī)械零部件的質(zhì)量認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行認(rèn)證。本次測(cè)試完畢后可證明增材制造可應(yīng)用于渦輪機(jī)械領(lǐng)域，同時(shí)也為完成產(chǎn)品整個(gè)認(rèn)證工作鋪平道路。
測(cè)試將在NDTL位于美國印第安納州的渦輪機(jī)械測(cè)試中心進(jìn)行，該中心擁有全球最先進(jìn)的技術(shù)。首次測(cè)試結(jié)束后，產(chǎn)品滿足所有的設(shè)計(jì)、速度和壓力比測(cè)試點(diǎn)。本次測(cè)試著重觀察產(chǎn)品的高周疲勞和低周疲勞特性。測(cè)試將包含多種加速和減速測(cè)試，觀察實(shí)時(shí)震動(dòng)對(duì)葉片的影響。
測(cè)試前，TURBOCAM國際公司先做了一次制造質(zhì)量評(píng)估。評(píng)估未發(fā)現(xiàn)剩余應(yīng)力集中。應(yīng)力集中會(huì)導(dǎo)致變形。此外，TURBOCAM國際公司還確定了挪威鈦的快速等離子沉積TM技術(shù)所用的材料也十分適合傳統(tǒng)軋材廠所使用，其性能媲美Ti-6Al-4V鍛件。
整個(gè)項(xiàng)目的最終計(jì)劃是為了建立制造渦輪機(jī)械用復(fù)雜、超負(fù)荷零部件的規(guī)范。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)減少制造成本和生產(chǎn)時(shí)間的目標(biāo)。這一目標(biāo)已經(jīng)在Ti6Al4V機(jī)身零部件的制造上得以實(shí)現(xiàn)。
普拉特&惠特尼公司將監(jiān)督整個(gè)制造和測(cè)試過程，為未來發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持。公司發(fā)言人稱，很高興能夠參與這次測(cè)試工作。利用增材制造技術(shù)，如挪威鈦的快速等離子沉積TM技術(shù)，能夠在制造關(guān)鍵渦輪機(jī)械零部件時(shí)實(shí)現(xiàn)縮短制造步驟和研發(fā)時(shí)間。
與我們常見的基于粉末床的選區(qū)熔化金屬3D打印技術(shù)相比，挪威鈦的快速等離子沉積TM技術(shù)是另外一種金屬3D打印技術(shù)。根據(jù)ASTM的歸類，快速等離子沉積TM技術(shù)屬于定向能量沉積（DED)3D打印技術(shù)。據(jù)稱，國內(nèi)鉑力特通過其自主研發(fā)的DED定向能量沉積技術(shù)（LENS同軸送粉激光熔覆3D打印技術(shù)）在3D打印整體葉盤方面擁有多年的經(jīng)驗(yàn)。
增材制造的零部件用于安裝在飛機(jī)上已經(jīng)有多年的歷史了，但其作用主要局限于非關(guān)鍵部件，如管道系統(tǒng)和內(nèi)飾部件。即使是用于發(fā)動(dòng)機(jī)部件（如著名的GE Leap發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴嘴），其對(duì)零部件的性能要求主要是熱傳導(dǎo)而不是機(jī)械性能。而對(duì)于整體葉盤來說，其挑戰(zhàn)來自熱傳導(dǎo)和機(jī)械性能兩方面，可以說3D打印的整體葉盤如果能夠通過層層航空性能要求測(cè)試，這的確是增材制造業(yè)的里程碑。
不過對(duì)于飛機(jī)應(yīng)用來說，如何獲得認(rèn)證是重要的挑戰(zhàn)。因?yàn)轱w機(jī)行業(yè)傾向于認(rèn)證零件設(shè)計(jì)并堅(jiān)持使用該設(shè)計(jì)貫穿整個(gè)飛機(jī)的生產(chǎn)壽命周期。普惠的全程參與，對(duì)推動(dòng)3D打印獲得認(rèn)證起到關(guān)鍵的作用。
此外，2019年2月，SAE和挪威鈦推出了定向能量沉積（DED）3D打印技術(shù)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。合作制定的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是AMS7004（關(guān)于Ti-6Al-4V應(yīng)力消除的等離子弧定向能量沉積增材制造的鈦合金預(yù)制件）和AMS7005（送絲等離子弧定向能量沉積增材制造工藝）。新標(biāo)準(zhǔn)確定了航空航天領(lǐng)域的用戶采購挪威鈦快速等離子沉積預(yù)制件的最低要求。這為挪威鈦在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展再一次奠定了基礎(chǔ)。
挪威鈦于2017年2月獲得了首個(gè)3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件的FAA適航認(rèn)證，其快速等離子沉積?技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到波音787夢(mèng)想系列飛機(jī)上。據(jù)稱，可以將零件成本降低30%，并且可以降低能耗、減少材料浪費(fèi)和縮短生產(chǎn)周期。
