倍丰科技金属3D打印制造航空发动机的燃气喷嘴

来源：倍丰科技

航空发动机有80%的部件与燃气轮机类同，国际上 引领 航空发动机市场的企业，基本上也是燃气轮机的绝对领导者。近年来增材制造技术已成为这些龙头企业技术突破的重要研究方向，苏州倍丰在接到这个项目时，美国GE和德国西门子已经完成了3D打印的预混器。

△西门子：SGT-A05型燃机3D打印低排放预混器

项目目的：在3D增材制造一体成型技术下，有效提高燃料和空气的预混均匀度。

研究方向
通过3D金属选区激光熔化技术（Seletive Laser Melting，SLM）率先在国内实现燃气轮机关键部件的材料研究-结构设计-3D打印-后处理-性能检测-功能试验的全部流程。

1、材料：金属粉末

2、设计：3D数模

3、制造：3D打印

4、性能检测

5、功能测试

燃气喷嘴总体方案实施
苏州倍丰团队率先完成
01｜喷嘴设计+3D数模

• 采用三维建模对燃烧室结构建模
• 采用ANSYS FLUENT软件进行燃烧室流场CFD模拟分析
• 增材制造一体化设计应用
  

三种设计方案

02｜制造：3D打印

增材制造研究

• 材料维度
  

• 熔池维度
  

• 区域维度
  

• 零件维度
  

超大复杂构件一体化成型研究

• 悬空角度＞45°
  

• 悬空圆弧直径＜4mm
  

• 悬空面＜2mm
  

• 打印过程应力研究
  

增材制装备和工艺研究

采用倍丰开发SP800设备完成全程打印工作，通过整套金属粉末处理系统有效提高工件制备过程效率。

03｜性能检测

性能基础检测

• 喷嘴检测
  

△孔隙率检测

△力学性能检测

△表面粗糙度检测

IN718材料工艺验证

• 保证稳定的材料性能
  

喷嘴方案有效性测评
方案   一

△速度分布

不同截面浓度分析

通过专业仪器模拟验证后，模拟结果与实际试验结果吻合。

优化结果

喷嘴出口下游10mm截面，燃料浓度分布不均匀度相比传统工艺，降低至原有标准的四分之一。

方案   二

△速度分布

不同截面浓度分析

通过专业仪器模拟 验 证后 ， 模拟结果与实际试验结果吻合 。

优化结果

喷嘴出口下游10mm截面，燃料浓度分布不均匀度降低至原有标准的五分之一。

方案   三

△速度分布

不同截面浓度分析

通过专业仪器模拟 验 证后 ， 模拟结果与实际试验结果吻合 。

优化结果

喷嘴出口下游10mm截面，燃料浓度分布不均匀度实现最理想化方案设定数值，完全满足实验要求。

研究成果助力燃气轮机行业新发展
苏州倍丰团队率先完成成果

01｜实现超大型喷嘴无支撑一体化增材制造结构设计

• 深度耦合气流场结合可打印性要求
• 通过仿真技术显着缩短设计优化开发周期
• 无支撑结构模型
  

02｜实现超大型喷嘴增材制造工艺开发

15件超大型喷嘴一体化打印加工成形，所有喷嘴完整无裂纹，成品率达100%。

03｜实现气流场仿真设计 与3D打印技术高度融合

• 第一种喷嘴 (改进型）
  

实现类传统结构喷嘴，预混不均匀度只有 传统工艺的1/4 以下。

• 第二种喷嘴 (全新设计）
  

成功完成第二种喷嘴的全新一体化设计和打印，小尺寸管道变径及加工精度顺利降低预混不均匀 既定方案目标 以内 。

• 第三种喷嘴 (多管束设计）
  

成功完成第三种喷嘴的全新一体化设计和打印，极致优化设计，预混不均匀度达到了极佳的 方案认可数值 以下。