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)鑄件的價格持平。其成功制造的四個3D打印部件將削減多達(dá)35％的成本，這足以讓管理部門淘汰舊的鑄模。
同樣重要的是，GE Additive的工程師從識別目標(biāo)零件到3D打印最終原型，總用時僅10個月，而使用鑄造工藝生產(chǎn)這些零件則需要12到18個月甚至更長時間。GE Aviation的增材制造部門負(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)商報價的情況下，金屬3D打印仍然具有成本優(yōu)勢。
與以往利用零件合并來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，沒有任何的設(shè)計更改。這一發(fā)現(xiàn)讓GE Aviation著手尋找其他發(fā)動機(jī)上更多的零件，并采用金屬3D打印來降低成本。
零件審查，減少外部依賴，探索金屬增材制造與鑄造的成本差距
GE Aviation對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。對于GE Aviation來說，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過分依賴于特定供應(yīng)商。如果能夠以更少的成本自行制造部件，這無論對于快速生產(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，例如能否通過機(jī)械加工消除表面缺陷以及能否通過釬焊為零件增加配件等等。在零件甄別的過程中，工程師須不斷自問，有沒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，對于具有簡單形狀的零件也易于從現(xiàn)有模型進(jìn)行打印，從而節(jié)省時間并減少鑄造所需的模具支出。因此，零件審核同時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)隊分別使用各自的生產(chǎn)和財務(wù)模型，將其分為幾個小組，核算了每個零件的3D打印投資回報率。
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最終有幾十個零件通過了初步篩選，補(bǔ)充分析選定了其中九個，包括船用燃?xì)廨啓C(jī)、渦扇發(fā)動機(jī)和一些軍事項目的零件。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)省成本對發(fā)動機(jī)計劃重要性的因素下，項目團(tuán)隊確定了引氣系統(tǒng)適配器蓋成為計劃的重點。
四個零件的尺寸一致，直徑約89mm，高約152mm，均由CoCr合金制成，其作用是處理來自渦輪壓縮機(jī)部分的熱壓縮空氣。從制造的角度來看，這些零件具有近似的幾何形狀和相似的功能。項目團(tuán)隊認(rèn)為M2一次可以打印三個部分，但工程師們很快重新設(shè)計了版面，將其增加到四個，這立即提高了生產(chǎn)率，因為打印四個部分和打印三個部分所需的時間大致相同。
該項目的3D打印工程師通過仿真和分析，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)中還增加了測試樣條，其中一些位于零件的開口腔中，技術(shù)人員因此可以測量每次生產(chǎn)運行的完整性。
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該項目的意義在于， 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>。這些零件均是一對一的替換，沒有進(jìn)行任何重新設(shè)計或零件合并。而采用鑄件的設(shè)計進(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。該項目因此可以作為未來工作的參考案例。GE Additive的高級技術(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力。
而值得玩味的是，該項目能夠推進(jìn)到采用3D打印進(jìn)行驗證的地步卻是要歸因于疫情。由于去年美國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)隊因此有更多精力專注于其他項目。該項目的推進(jìn)，很大程度上就是為了利用那些閑置的打印機(jī)。
