GE航空公司和GE增材制造公司正在努力证明：金属增材制造在价格上可以与传统铸件相媲美，GE航空公司将从铸造转向用增材制造技术生产陆地/船舶涡轮引气零件。工程团队希望这些采用增材制造技术生产的零件降低35%的成本——这样就可以永久淘汰旧的铸造模具了。

从确定目标零件到用增材制造技术生产最终原型件，这个工艺转换过程只用了10个月。通常，用铸造工艺生产航空航天和陆地/船舶涡轮零件可能需要12至18个月，或更长时间。

GE航空增材制造负责人Eric Gatlin表示：“这改变了游戏规则。这是我们第一次尝试零件替换，增材制造比铸造的成本更低廉。为确保我们的成本竞争力，我们找来四家外部供应商报价，增材制造的零件价格仍然较低。”

在这个项目中，检验了各种发动机上的许多可以换用增材制造技术生产、节省成本的零件。例如，GE航空公司的LEAP发动机上采用增材制造的燃料喷嘴，将20个不同的零件——以及加工、组装它们所需的步骤——整合成一个单一结构。该公司的新型涡轮螺旋桨发动机上的855个零件，被合并成仅10个增材制造零件，达到了另一个高度。在这两个案例（以及其他案例）中，GE航空公司利用这种零件整合优势，大大节省了零件组装成本。

随着应用需求越来越多，设备制造商们开始寻求提高其金属激光增材制造机器的生产力。GE增材制造公司的概念激光M2系列5机型就是个好例子：其双激光器熔化金属层的速度比单激光器更快，还能使复杂构造出现更一致的效果。M2激光器也很强大，有400W的，也有1kW的，可以制出50μm厚的金属层，还配有一个容积为21,000cm³的巨大制造间。

Gatlin补充说：“我们一开始就说过，会选择一种已经验证合格的材料。我们选择M2生产，因为我们非常了解它。我们不打算做任何批量设计变更，只做一些小调整，这样就能成功地打印零件。我们简化了尽可能多的步骤，这样项目团队才能取得更快进展。”

这些决定令项目团队得以在2020年4月至9月之间就开发出了最终原型。所有四个零件都将用于LM9000，它是GE航空公司为贝克休斯集团制造的GE90涡轮喷气发动机衍生的陆舰涡轮，但是此次航空公司出于产品寿命的缘故改用替换零件。该集团也在考虑将数十个用于旧发动机和产品的零件替换掉。

GE航空公司高级项目经理兼项目负责人Joseph Moore表示：“我们需要在零件寿命耗尽前想出替换方案，需要快速完成开发周期，制出真正能够发货的产品。为了证明我们能够做到这一点，公司给了我们一个期限，要求我们尽可能快、尽可能低成本地制出这种零部件。”

“我们的目标一直都是寻找将生产步骤分离的方法，”继续说：“只有少数几家供应商能够为航空行业生产熔模铸件，所以我们需要另有选择，才能确保免受淘汰影响，无需依赖特定供应商的成本模型。如果我们能以更低的价格制造一个增材制造零件，我们现在就能省钱，并能躲过未来的涨价。”

灵感

■新的使用增材制造技术制造出的引气零件的排气盖（左）和空气盖（右）（图片来源：GE航空公司）

选择这四种引气零件改用增材制造技术，始于2020年初。当时GE航空公司对铸件进行了年度审查。

Gatlin说：“我们一直都希望削减现有产品的成本，所以我们撒了张大网，囊括了所购买的数百种铸件，然后问自己，‘我们的竞争力越来越强了吗？一年前我们做不到的现在技术上可行了吗？’”

审查考虑了各种因素，如GE航空公司增材制造机器的性能以及零件的尺寸、形状和特征。工程师们询问这些零件是否使用了他们之前在这些机器上用过的那些性能良好的材料。他们还考虑了后处理步骤的方便性，比如用机械加工来消除表面缺陷，用钎焊为零件添加配件。

到了2020年2月，GE航空团队已经确定了180个他们认为可以改用增材制造技术节省成本的铸造零件。为了确保成效，GE航空公司和GE Additive公司的工程师们组成了一支团队，用各自组织的生产和财务模型，分成小组，计算生产每个零件的投资回报率。

随后，新冠肺炎疫情颠覆了全球的生产进程。在GE航空公司位于阿拉巴马州奥本市的增材生产工厂，GE航空公司其他发动机的零件都在此生产。这次疫情让这里的团队有机会聚焦其他项目。他们意外地拥有制造零件的机器以及后处理时间。这个项目就好像为了使用这些机器而设立似的。

奥本工厂的高级项目经理和项目负责人Jeff Eschenbach说：“我们是个生产车间，在GE航空公司增材制造技术中心开发出低速生产工艺前，我们没有这样的项目机会。这个项目的不同之处就在于，我们从一开始就承担了这个任务。它为现场的工程师提供了参与机会。”

几十种零部件通过了初步筛选。经过另做的一些分析，其中9个入选，包括用于其他的船用燃气涡轮发动机、支线喷气式客机用的涡轮风扇以及一些军事项目上的零件。它们都是由CoCr（一种广泛用于热涡轮零件的钴和铬合金）或Ti-64制成的。他们只研究了概念激光M2机器能够加工的零件。然后，团队进一步缩小了范围，根据基于零件的工程资源及节省成本的重要性进行了优先排序。最后团队确定了LM9000引气系统的四个适配器盖，作为奥本项目的焦点。

这四个零件直径约8.9cm，高度约15.2cm，由CoCr合金制成，用于处理涡轮压缩机产生的热压缩空气。从制造角度来看，它们共享一个基本的几何形状，具有相似的特征。工程师们之前假定M2可以一次生产三个零件，但很快就重设了布局，将零件数增加到了四个，立即提高了生产率，因为生产四个零件所需的时间与生产三个零件所需的时间差不多。

参与该项目的GE增材制造工程师Steve Slusher补充说，团队通过模拟和分析，展示了这些零件的性能与他们替换的铸造零件相同。团队还为每次生产设立了测试杆，一些在适配器盖的开口腔里，一直通到下面的架构板，这样技术人员就可以测量每次生产运行的完整性了。

发现

这个项目取得了巨大的成功。Catlin表示，这是GE航空公司首次严格按成本从熔模铸造转型增材制造。这些零件都是一对一替换品，无需任何重新设计或零件整合步骤以提高经济效益——而且完成得很快。

“让我印象深刻的是，”Eschenbach说，“我们可以用现有的铸造设计在打印机上快速复制。在项目开始几周内，最终产出的零件与他们对应的铸造件质量相同。这个项目可以作为未来工作的模板。”

GE增材制造公司高级技术主管Kelly Brown补充道：“从商业角度来看，奥本团队展现了我们过去没有的实力，现在我们有了一系列可以继续开发的零件。这个团队的所作所为很了不起，真正展示了他们的能力。”