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增材制造技术及其在发动机关键零部件上的应用(3)
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摘要：图6 三维喷印技术原理Fig.6 Principle of three-dimensional printing 2.4 涡轮叶片 涡轮叶片是航空发动机中较为关键的热端零部件，整机能否安全工作、能否高效推进
图6 三维喷印技术原理Fig.6 Principle of three-dimensional printing
2.4 涡轮叶片
涡轮叶片是航空发动机中较为关键的热端零部件，整机能否安全工作、能否高效推进很大程度上取决于涡轮叶片的制造水平的高低和叶片型面的优良。涡轮叶片是发动机中较为重要的组成部分，因为它的工作环境是发动机零部件中较为严苛的。涡轮叶片在发动机运行时要承受高速旋转的离心力，同时还要承受气流流场及温度场的作用力，承受的应力具有变化幅度大和变化频率高的特点。
涡轮叶片是典型的自由线型的薄壁件，就当前的制造水平，主要有高温铸造和锻造这两种方式。就锻造这一制造方式而言，经过锻造后的叶片毛坯在留有很多加工余量的同时，也要保证成品涡轮叶片的质量误差在±4 g 左右，最重要的一点是，要确保成品的重心没有发生偏移，因此，要求后续对叶片毛坯进行的铣、磨、切割、刨光等工序的设计尺寸要非常准确，对控制定位误差、尺寸精度方面都要进行严格推敲，从毛坯的锻造到后续繁琐的制造过程都要求准确，否则就会造成生产出的涡轮叶片精度低、质量不稳定以及废品率高的问题；而通过铸造的方式生产涡轮叶片时，需要进行蜡型压制、制壳、烧结、浇注、脱芯等一系列机械加工和手工完成的工艺过程，生产制造周期较长，精度也无法保证。
快速铸造技术是将增材制造技术中的光固化成型技术（Stereo Lithography，SLA）和精密铸造技术相结合，突破了精密铸造技术在模具制造上的短板，充分发挥了光固化成型技术加工精度高的优势[21-22]。快速铸造技术用来制造形状复杂且工作环境恶劣的涡轮叶片是一种非常合适的手段，与传统的铸造成形相比，快速铸造是利用光固化技术制作SLA 原型代替蜡模进行挂砂、制壳，再利用高温蒸汽使得高分子的SLA 原型受热分解，然后高温焙烧得到型壳。快速精密铸造技术流程图如图7 所示。
图7 涡轮叶片铸造流程图Fig.7 Flow chart of turbine blade casting
光固化技术具有表面精度、尺寸精度高和制造周期短的优势，克服了传统铸造工艺很难加工复杂零部件的困难。快速铸造结合了光固化成形和铸造工艺的优点，为复杂零部件的铸造生产提供了一个新的途径，具有广阔的发展前景和应用前景。
3 结语
增材制造技术具有缩短产品开发周期、降低成本等一系列优势，获得了业内的广泛关注和高度评价。客观来说，增材制造相较于传统制造工艺而言仍旧是一种新兴的制造方式，理论的研究和技术的成熟度远远不如切削、锻造、铸造等技术，甚至在一些方面还有未解决问题，例如，使用激光选区熔融技术制造大尺寸结构件时，会有严重的热应力等一些会造成构件失效的因素。增材制造技术的理论研究、装备设计以及成形材料创新仍旧任重道远，相信随着科学技术的发展和资金投入，增材制造技术会取得全方位的发展。
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