实录：中航商发副总工程师雷力明对于增材制造的演讲

亚洲第一、全球第二大增材制造（3D打印）专业展览会——TCT亚洲展每年2月在上海新国际博览中心举办，同期举办的高峰论坛活动每年将邀请30多名行业顶尖的用户在会上分享他们对于增材的使用心得，2019年中航商发公司副总工程师雷力明先生受邀参加了本次会议，并做了主题报告，下面是雷总的报告实录。

各位嘉宾，大家上午好，非常高兴今天和各位分享我们目前的增材制造的进展情况，中国航发商发公司成立于2009年1月18日，是中国商用大涵道比涡扇发动机的主承制商、主设计方，C919、C929国产动力都是由商发公司承担，商发公司也是中国航发集团的成员单位之一，也是唯一一个承接民用发动机、涡扇发动机的单位。今天的汇报。从四个方面做介绍，第一，介绍一下该技术在发动机领域的应用以及它的优势；第二，商发公司能力建设的情况；第三，应用进展；第四，针对民用航空领域应用的增材制造技术有一些挑战。

C919客机

增材制造在航空领域用的技术很多，航空领域按照材料有金属和非金属两种，金属有最常见的SLM，除此之外还有LMD，属于激光送粉的，用于大构建的成型和修复；除了金属之外非金属在发动机上也有应用，一种是烧结的SLS，还有SLA，在发动机上铸造快速膜上的应用也有很广泛的应用。

国产联泰科技SLA设备

增材制造这块有四个方面的优势，第一，快速原型验证，快速迭代，用传统工艺比如涡轮叶片设计完了以后制造出来差不多要半年时间，要开模具，用增材可以快速在一个月之内实现迭代。第二，提升设计自由度，比如说过去设计非常复杂的构建很难制造或者成本非常高，或者根本制造不出来。有了增材制造可以让复杂的三维构型变成二维，特别复杂的时候也可以制造。第三，降低成本，它不需要模具，可以快速地有一些制造。第四，就是修复，对于民用航空来说维修是很大的问题。要降低成本，用增材的方法可以降低成本五分之一，比如整体叶盘、叶片等等。

阿提哈德航空公司使用3D打印技术对飞机内饰进行快速维修

除此之外，修复，复合制造这块有很大的应用，可以是传统的锻铸造和增材制造结合，也可以是增材制造和增材制造结合，叶盘中间的轮毂可以用锻造，用LMBD的方法长叶片，也可以轮毂用送粉的方法做出来用其他的方法长叶片，增材和增材之间的结合会有大的应用。这些单元体都会有不同技术的应用。

第二方面，商发的能力建设。商发是在2014年4月份开始启动增材制造的论证工作，直到今天有一个跨越式的发展。我们现在铺粉设备有8台，其中US有6台，4台是280的，2台290，为了支持国产的设备研发，我们做了一些研究，未来我们将要花一年的时间进行国内外设备的测试；

金属铺粉增材制造设备EOS M290

除了主设备之外，增材制造零件是在一个机体上进行增材，需要后处理，比如现切割、热处理、热冷静压，甚至将来需要后加工的一些设备，我们也配备了一些后处理的设备，比如磨粒流。这是我们后处理的设备，像真空热处理炉用得很多，有一些材料像钛合金或者一氧化合金处理都必须在真空环境下。

+GF+为增材制造推出定制的线切割设备即将在今年TCT展上登场

接下来是机加工设备，我们有一个机加工线，有一些车窗、五轴加工设备，都是为增材做后处理的，将来可能会形成一个闭环的。因为增材属于强供需的工艺，任何一个环节出问题都可能会影响产品质量，我们希望在商发公司内部把整个零件做成，防止质量的问题。

除了硬件就是软件，也就是人才队伍，国内发动机领域或者飞机领域基本上都是仿造前苏联的模式，场所是分开的，一个设计所一个场，零件的研究过程当中因为增材或者复合材料这块研究不是很有利，设计不太懂工艺，工艺不知道设计的意图，商发是场所合一的，设计和制造、考核验证捆绑在一块，我们设计出来以后交给我们的工艺部门，工艺弄出来以后在我们的实验部门，形成快速迭代。

第三方面，商发公司的应用进展。第一，研发流程。这块对于任何一个做增材制造研发的企业都可以借鉴，增材的零件非常复杂，一个很复杂的构建会涉及到尺寸、性能，怎么落实到最后对粉末、工艺的要求，要基于系统工程的办法。

粉末和工艺通常是相辅相成的，图为欧瑞康欧洲增材制造中心

首先根据我们的设计要求有一些零件提出来，可能上增材制造，再提出明确的设计要求后，我们分解到工艺，然后制造。之后验证这些是不是都达到要求，如果达到要求这些零件可能就进入考核验证，最后就装机，达不到就淘汰，或者进行攻关。

商发增材制造的发展思路——从单个零件到系统级构建到整机应用。这项应用去年拿到了国家重点研发计划，增材制造在动力装备领域的应用示范，从单个零件比如说右上角有喷嘴类、壳体类、叶片类，还有整机。可能在增材这块对于整机的优化设计会有一些帮助，提升一些性能。商发在14—16年左右一直在做基础工艺，组织方面的评估，后面进入到一些工程化应用，截止到现在做了十几种构型的设计，目前公布出来的已经淘汰掉了，发挥不出来增材的特点了。我们现在的喷嘴结构非常复杂，也能够把增材的优势发挥出来。

增材制造在燃油喷嘴上应用为经典的案例

除了把零件拿出来我们更重要的是得到应用，2017年长江1000AX验证机的核心机上面就装了喷嘴，工信部的网站上发了新闻，提到两个重要的技术，一个是3D打印，一个是我们空心风扇叶片，这是发动机上最有特色的两个零件。也进行了百分百转速的运转，装机之前我们做了很多部件考核，在2018年5月份长江1000AX整机进行了点火和试验，整机前面加了风扇后面加了低洼涡轮。我们还做了一些冷效叶片，它的正式件不是这种工艺，但是快速原型验证就是用它这个技术加速迭代，里面的孔型可以大大缩短。还有发动机测试孔，过去都是加工以后焊接，现在可以整体地把测试的东西埋进去。

传统工艺制造的冷效叶片

我们想往整机方向发展，但是整机这块不同零件的协同性以及应用起来有什么问题，过去都是独立的，不是说我们想做我涡片发动机走向市场，我们是做叶扇，我们是想验证全增材整机里面不同的系统会不会运行起来有问题。送粉这块我们做了一些不同的基础研究，比如扫描路径、缺陷修复，为了将来在叶盘修复和大的结构件上成型做一些基础。研制周期从一年缩短为四个月，非常显著。叶盘缩比件的打印，普惠公司已经做试验了，我们这块也要加快试验。

惠普公司将在TCT亚洲展上展示的3D打印设备5200

除了金属的进展，我们还做了SLA，这块目前做了很多，有两个好处。过去只是说性能试验件，不需要高温，用它快速地把实验数据拿出来，另外是装配的。其实还有一个应用，做铺粉试验如果可以把SLA的特点用起来，可以加快SLM技术的研发，还能降低成本。他们的原理非常接近，可以配合起来应用。

第四个方面，面临的挑战。增材制造技术在航空领域的应用最大的问题就是适航认证，要求你的全部环节要有标准，性能数据要很可靠，这是和在模具行业或者其他的一些非航空领域不太一样的。和医疗有点相近，医疗有一个FDA也很难，每一年会冒出一个新闻某某医院会植入。

爱康医疗使用GE Arcam系列产品制造出的髋臼杯是首个通过CFDA认证的3D打印植入体

飞机的安全性，不可能每个人检查生产过程，需要一个第三方国家的机构进行安全性的检查，那就是适航部门。美国是FAA，中国是CAAC，对整个零件的制造过程进行认证。对于增材来说非常难，我们这几年做出来增材影响因素太多，比如锻件、铸件影响的因素本来就少，关键因素更少，锻造的时候控制一下温度、变形率和速率就可以了，但是增材这块原材料就会有影响，为什么分了三个层级，不光是成分达到了就满足要求了，力度和分布都有影响，另外设备这块打印参数，激光的功率、扫描路径全部会影响最后的组织和性能，还有后处理，每个环节也会影响。对于增材这块，设计方面一个是要有基于增材的设计准则，这块很缺，商发初步建立了一些，但是到现在还不是很完善。

国际适航认证三大机构FAA，EASA和CAAC

另外一大点是标准，到目前为止也是非常短缺的，国际上有一些标准，国内也有行业标准，但是还不足以支撑增材制造在高端领域的应用，需要我们企业之间要联合。数据这块，更是需要联合，现在我们做了四五年，数据上花了一两千万，但是数据量对于设计来说还是远远不够，尤其是疲劳性能。工艺还没有稳定的时候不敢大量测试，数据稳定的各个当中不断地做不同的工艺和性能，等到稳定以后又要测大量的疲劳性数据，工作量很大，希望未来在做的单位能够有机会和我们一起开发这方面的合作。谢谢大家。

2019年TCT亚洲峰会

2020年2月19日至21日，最新一届的TCT亚洲展也将在上海新国际博览中心召开，3D Systems、DMG MORI、EOS、SLM Solutions、Renishaw、铂力特超过60家金属增材制造厂商将参展此次展览会。

与来自波音、空客中国、商飞、商发、Honeywell，东方航空等用户共同了解3D打印技术将如何帮助航空企业制造模具、减少库存、优化设计、加速迭代。