GE靠3d打印和新材料占據(jù)全球航空發(fā)動(dòng)機(jī)半壁江山

　　美國俄亥俄州辛辛那提市埃汶代爾，距辛辛那提市中心半個(gè)小時(shí)車程，這里坐落著全球最大的航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商——通用電氣(GE)航空集團(tuán)總部。

　　                                 GE航空集團(tuán)總部外景

　　在接受記者采訪時(shí)，GE航空集團(tuán)總裁戴維、喬伊斯(David Joyce)多次強(qiáng)調(diào)科技創(chuàng)新的重要性，GE航空完全可以依靠巨大的訂單量“吃老本”，目前他們的手持訂單總額價(jià)值1540億美元，“但我們必須緊跟全球 技術(shù)的發(fā)展，站在科技前沿，確保我們的領(lǐng)先地位?！?/span>

　　這次記者參觀的CMC實(shí)驗(yàn)室和3D打印研發(fā)中心，實(shí)踐的正是目前GE航空最為依賴的兩項(xiàng)黑科技。

　　                        GE航空總裁喬伊斯接受采訪

　　喬伊斯解釋，不同于一般的工業(yè)產(chǎn)品，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的商業(yè)周期和研發(fā)周期都比較長(zhǎng)，GE航空甚至要提前十多年來來為下一代的發(fā)動(dòng)機(jī)做準(zhǔn)備，“等10年或者20年后，新客機(jī)問世時(shí)，我們的發(fā)動(dòng)機(jī)必須要準(zhǔn)備好了?！?/span>

　　作為全球三大航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商之一，GE航空經(jīng)常用“全球每2秒鐘就有一架由GE發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的飛機(jī)起飛”來形容它們的市場(chǎng)份額。在媒體報(bào)道中，常引用的 一個(gè)數(shù)據(jù)是，GE航空占據(jù)了全球航空發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)中近一半的份額。包括中國正在研制的大飛機(jī)C919，采用的也是GE與法國賽峰集團(tuán)合資的CFM國際公司研 發(fā)的LEAP-1C發(fā)動(dòng)機(jī)。

　              　Peebles發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試基地測(cè)試區(qū)域。 GE航空官網(wǎng) 圖

　　密度只有金屬合金1/3的陶瓷基復(fù)合材料

　　持續(xù)推動(dòng)GE航空前進(jìn)的，是技術(shù)創(chuàng)新。目前，GE航空最為依賴的兩大技術(shù)，是陶瓷基復(fù)合材料(CMC)和3D制造技術(shù)。

　　所謂陶瓷基復(fù)合材料，是在碳化硅基體上結(jié)合了碳化硅陶瓷纖維，通過專有涂層技術(shù)進(jìn)行強(qiáng)化，這種材料制成的零部件密度只有金屬合金的1/3，可以大幅降低引擎的重量，提高燃油效率。

　　陶瓷基復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室位于GE航空總部一棟普通的廠房中，據(jù)稱此前從未對(duì)媒體開放過。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前，每人被要求帶上塑料保護(hù)鏡。

　　GE航空陶瓷基復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者，陶瓷基復(fù)合材料部件可以承受超過2000攝氏度的高溫，目前實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的內(nèi)容之一，就是反復(fù)實(shí)驗(yàn)以確定陶瓷基復(fù)合材料的耐熱邊界在哪里。按照GE的說法，由于陶瓷基復(fù)合材料比傳統(tǒng)金屬更耐熱，所以引擎的高溫區(qū)域只需要更少的冷卻空氣，節(jié)省下來的冷卻空氣可在引擎氣流管道上發(fā)揮作用。

　　今年7月中旬，在空客A320neo正式交付后，GE合資研發(fā)的LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)將成為全球首個(gè)在高壓渦輪部件上采用陶瓷基復(fù)合材料技術(shù)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，而新一代的GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)將采用更多的陶瓷基復(fù)合材料部件。

　　“預(yù)計(jì)到2020年，全球GE引擎上會(huì)有超過30萬個(gè)CMC部件。”GE航空相關(guān)人士稱，GE計(jì)劃投入2億美元在阿拉巴馬州建立兩個(gè)復(fù)合材料制造工廠。

　　                       GEnx-1B。 圖片來自網(wǎng)絡(luò)

　　3D打印的燃油噴嘴耐用性是傳統(tǒng)的5倍，重量卻只有25%

　　相比陶瓷基復(fù)合材料，3D打印制造技術(shù)目前已得到較為廣泛的應(yīng)用。尤其是航空領(lǐng)域，不需要整塊金屬的切割，直接一次性打印所需要零部件，節(jié)省材料也節(jié)省人力。

　　2012年，GE航空收購了3D打印技術(shù)公司Morris Technologies，用于發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的打印。

　　“3D打印可以將數(shù)十個(gè)小部件組成的一個(gè)零部件，直接打印成一個(gè)完整零部件，完全可以不受制造工藝上的局限。”喬伊斯表示，A320neo的LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴就采用了3D打印技術(shù)。

　　和陶瓷基復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室一樣，GE航空的3D打印研發(fā)中心也不是最終的生產(chǎn)中心，只是對(duì)材料進(jìn)行測(cè)試以及生產(chǎn)原型部件。

　　GE航空3D打印技術(shù)研發(fā)中心負(fù)責(zé)人格雷格?莫里斯表示，相比傳統(tǒng)技術(shù)，3D打印制造出的燃油噴嘴耐用性是傳統(tǒng)的5倍，重量卻只有25%，預(yù)計(jì)最終年產(chǎn)量可達(dá)35000件。

　　不過，眼下的3D打印技術(shù)仍受限于尺寸，最大只能打印40厘米立方的零部件，莫里斯預(yù)計(jì)，可能5-10年以后可以打印像飛機(jī)引擎那樣大的部件。

　　“C919質(zhì)量不錯(cuò)”

　　GE最初切入航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，還是上世紀(jì)40年代，為美國空軍制造了首款美國噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，上世紀(jì)70年代，GE將其軍用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)運(yùn)用至民用領(lǐng)域，研發(fā)了包括CF6、CFM56、GE90以及GEnx等多個(gè)系列民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)，并逐步站穩(wěn)了腳跟。

　　2015年，GE航空業(yè)務(wù)營(yíng)收250億美元，占到GE集團(tuán)總營(yíng)收的21%，凈利同比增長(zhǎng)了11%至55.1億美元。目前，全球有6.2萬臺(tái)GE生產(chǎn)的軍用和商用發(fā)動(dòng)機(jī)正在運(yùn)營(yíng)中，在大中華區(qū)，該數(shù)字為3600臺(tái)。

　　中國正在發(fā)力研制的大飛機(jī)C919和國產(chǎn)支線客機(jī)ARJ21，也是GE航空的重要客戶。

　　其中，C919采用了GE與法國賽峰集團(tuán)合資的CFM國際公司研發(fā)的LEAP-1C發(fā)動(dòng)機(jī)，ARJ21支線客機(jī)則選用了GE的CF34-10A發(fā)動(dòng)機(jī)。此外，GE還與中航工業(yè)合資成立昂際航電，為C919提供航電系統(tǒng)。

　　喬伊斯告訴記者，中國航空市場(chǎng)增長(zhǎng)快速，不僅僅是東部地區(qū)，還有西部地區(qū)，“這些地方建立鐵路并不容易，但飛機(jī)卻很容易到達(dá)?！?/span>

　　值得注意的是，就在喬伊斯接受記者采訪后不久，ARJ21已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了首次商業(yè)飛行。與此同時(shí)，首架C919原型機(jī)也于去年下線，喬伊斯對(duì)于中國國產(chǎn)飛機(jī)充滿期待。

　　他說，建造一架全新的窄體飛機(jī)并不容易，會(huì)遇到不少困難，從中也看到了中航工業(yè)的成長(zhǎng)，“從ARJ21到C919，他們做得很不錯(cuò)，我們要有耐心，這并不是件容易事?！?/span>

　　喬伊斯稱此前剛剛到訪中國，看了C919的相關(guān)進(jìn)展，包括航電系統(tǒng)的情況。他說，總體來說，質(zhì)量不錯(cuò)。