第一次發(fā)現(xiàn)金屬3D打印比鑄造要便宜
大多數(shù)制造商都難以在支付了鑄模費(fèi)用的情況下，放棄使用鑄造而選擇金屬3D打印，主觀上的成本考量都不會(huì)將兩者相提并論。然而，GE Aviation（GE航空）和GE Additive（GE增材）的合作證明，金屬增材制造可以與傳統(tǒng)鑄件的價(jià)格持平。其成功制造的四個(gè)3D打印部件將削減多達(dá)35％的成本，這足以讓管理部門(mén)淘汰舊的鑄模。
同樣重要的是，GE Additive的工程師從識(shí)別目標(biāo)零件到3D打印最終原型，總用時(shí)僅10個(gè)月，而使用鑄造工藝生產(chǎn)這些零件則需要12到18個(gè)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間。GE Aviation的增材制造部門(mén)負(fù)責(zé)人表示，這是他們第一次發(fā)現(xiàn)金屬3D打印比鑄造還要便宜，即便在有外部供應(yīng)商報(bào)價(jià)的情況下，金屬3D打印仍然具有成本優(yōu)勢(shì)。
與以往利用零件合并來(lái)減少組裝從而降低大量成本不同，此次3D打印的零件完全基于鑄造模型，沒(méi)有任何的設(shè)計(jì)更改。這一發(fā)現(xiàn)讓GE Aviation著手尋找其他發(fā)動(dòng)機(jī)上更多的零件，并采用金屬3D打印來(lái)降低成本。
零件審查，減少外部依賴(lài)，探索金屬增材制造與鑄造的成本差距
GE Aviation對(duì)鑄件的年度審核始于2020年初，力求降低現(xiàn)有產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，包括外部委托生產(chǎn)的數(shù)百種鑄件。對(duì)于GE Aviation來(lái)說(shuō)，只有少數(shù)供應(yīng)商可以為航空業(yè)進(jìn)行鑄造，因此必須確保公司不會(huì)過(guò)分依賴(lài)于特定供應(yīng)商。如果能夠以更少的成本自行制造部件，這無(wú)論對(duì)于快速生產(chǎn)備件還是降低生產(chǎn)成本，都至關(guān)重要。
零件審查的過(guò)程需要考慮多種因素，包括零件的尺寸、形狀、功能，以及打印材料、工藝是否成熟可靠，還需要考慮后處理步驟的便捷性，例如能否通過(guò)機(jī)械加工消除表面缺陷以及能否通過(guò)釬焊為零件增加配件等等。在零件甄別的過(guò)程中，工程師須不斷自問(wèn)，有沒(méi)有哪些事情一年前做不到而現(xiàn)在在技術(shù)上是可行的。
3D打印不僅適合制作復(fù)雜零件，對(duì)于具有簡(jiǎn)單形狀的零件也易于從現(xiàn)有模型進(jìn)行打印，從而節(jié)省時(shí)間并減少鑄造所需的模具支出。因此，零件審核同時(shí)檢查了各種批量生產(chǎn)的零件。到2020年2月，GE Aviation已經(jīng)確定了180種鑄件通過(guò)3D打印可以節(jié)省成本。為了確保結(jié)論的準(zhǔn)確性，由GE Aviation和GE Additive工程師組成的團(tuán)隊(duì)分別使用各自的生產(chǎn)和財(cái)務(wù)模型，將其分為幾個(gè)小組，核算了每個(gè)零件的3D打印投資回報(bào)率。
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最終有幾十個(gè)零件通過(guò)了初步篩選，補(bǔ)充分析選定了其中九個(gè)，包括船用燃?xì)廨啓C(jī)、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)和一些軍事項(xiàng)目的零件。這些零件的材料均是CoCr合金或者Ti-64。在考慮能夠使用工廠內(nèi)部的Concept Laser M2打印的前提下，可選擇的零件范圍進(jìn)一步縮小，在優(yōu)先考慮了基于零件工程資源以及節(jié)省成本對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)劃重要性的因素下，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)確定了引氣系統(tǒng)適配器蓋成為計(jì)劃的重點(diǎn)。
四個(gè)零件的尺寸一致，直徑約89mm，高約152mm，均由CoCr合金制成，其作用是處理來(lái)自渦輪壓縮機(jī)部分的熱壓縮空氣。從制造的角度來(lái)看，這些零件具有近似的幾何形狀和相似的功能。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)認(rèn)為M2一次可以打印三個(gè)部分，但工程師們很快重新設(shè)計(jì)了版面，將其增加到四個(gè)，這立即提高了生產(chǎn)率，因?yàn)榇蛴∷膫€(gè)部分和打印三個(gè)部分所需的時(shí)間大致相同。
該項(xiàng)目的3D打印工程師通過(guò)仿真和分析，證明了這些零件的性能與替換的鑄件相同。在每一版的打印任務(wù)中還增加了測(cè)試樣條，其中一些位于零件的開(kāi)口腔中，技術(shù)人員因此可以測(cè)量每次生產(chǎn)運(yùn)行的完整性。
END
該項(xiàng)目的意義在于， GE Aviation首次嚴(yán)格按照成本將生產(chǎn)從精密鑄造轉(zhuǎn)變?yōu)樵霾闹圃?/span>。這些零件均是一對(duì)一的替換，沒(méi)有進(jìn)行任何重新設(shè)計(jì)或零件合并。而采用鑄件的設(shè)計(jì)進(jìn)行3D打印，不僅在質(zhì)量上有保證，在生產(chǎn)速度上更是超越鑄造。該項(xiàng)目因此可以作為未來(lái)工作的參考案例。GE Additive的高級(jí)技術(shù)負(fù)責(zé)人也表示，GE Aviation及其增材制造工廠從業(yè)務(wù)的角度展示了他們所不具備的實(shí)力。
而值得玩味的是，該項(xiàng)目能夠推進(jìn)到采用3D打印進(jìn)行驗(yàn)證的地步卻是要?dú)w因于疫情。由于去年美國(guó)在病毒控制方面持續(xù)不力，GE Aviation的奧本增材制造工廠的工作也變得不飽和，增材團(tuán)隊(duì)因此有更多精力專(zhuān)注于其他項(xiàng)目。該項(xiàng)目的推進(jìn)，很大程度上就是為了利用那些閑置的打印機(jī)。
