圍繞著發動機的3D打印，3D科學谷之前分享了美國聯合技術(UTC)關于燃氣渦輪發動機自冷卻孔結構的3D打印情況，還深入了解分享了UTC如何通過3D打印開發帶中空壁熱屏蔽結構的燃料噴射器。

本期，讓我們共同領略UTC如何通過3D打印開發用于燃氣渦輪發動機的轉子。

3D打印助力多材料組件制造

燃氣渦輪機轉子系統包括連續的葉片排，其從相應的轉子盤延伸，轉子盤以軸向堆疊構造布置。轉子疊層可以通過多種系統組裝，例如緊固件，熔接，連接軸及其組合。

燃氣渦輪機轉子系統在在顯著壓力和溫度差的環境中運行，部件的邊界部位主要用于分離核心氣體流動路徑和次要冷卻流動路徑。對于高壓，高溫應用，組件在這些邊界上經歷熱機械疲勞（TMF）的考驗。出于對期望的性能要求，研究人員不斷的開發具有最佳性能與重量比的組件。

根據3D科學谷的市場研究，UTC開發的用于燃氣渦輪發動機的轉子的轉子盤由一種材料制成，而葉片是由另外一種材料制成的。如圖HPC轉子60可以是混合雙合金整體葉片轉子（IBR），其中葉片64由一種類型的材料制成，轉子盤66由不同的材料制成。

雙金屬結構提供了分別滿足不同溫度要求的材料能力。葉片64可以由單晶鎳合金制成，轉子盤66由不同的材料制成，例如擠壓的坯料鎳合金。而葉片64通過線性摩擦焊接連接或通過增材制造技術連接到轉子盤66上。此外，葉片可以經受第一類熱處理而轉子盤66經受不同的熱處理。

根據3D科學谷的市場研究，通過3D打印過程將兩種材料分散熔合在一起，兩種材料內部晶粒產生粘結，使得任何硬質過渡都被消除，從而零件不會在巨大的壓力和溫度梯度變化下發生斷裂情況。這為不同材料制成的組件提供了很高的接頭強度。

3D科學谷Review

關于葉片式轉子，根據3D科學谷的市場觀察，Hamilton Sundstrand開發出通過混合增材制造技術來制造包括轂和多個中空葉片的整體葉片轉子的方法。從輪轂的徑向向外表面連續向外連續地形成多個分段層。在形成多個中空葉片的同時，還在多個中空葉片中形成一個或多個空腔。

根據3D科學谷的市場研究，Hamilton Sundstrand采用的是DMGMORI的SAUER工廠所提供的混合增材制造設備，可以在工件的相同位置來進行激光金屬沉積和五軸CNC銑削的加工作業。不過這個過程是充滿挑戰的，在增材制造過程中需要充分減少被困的粉末，而在減材制造過程中則需要清除斷屑，以避免沉積在空腔中。此外，對于粉末的均勻性也有一定的要求，粉末顆粒的大小和形狀可以通過將顆粒通過滑槽分離器，旋轉分離器或其他分選裝置進行分選來控制。

總之，3D打印開啟了高性能組件的多材料制造新的可能。而在3D科學谷看來，多種材料的3D打印目前還處在起步階段，這個領域的未來充滿了可能性。多材料的應用可以使工程師有更多的自由度實現設計要求，突破傳統的加工方式的束縛，為當前的零件制造帶來顛覆性的改變。