GE9Xの積層造形データが公開されました。どの部品にどのような積層技術が使われているのでしょうか？

出典: 3Dプリンティング研究所著者: Guo Dan

はじめに：最近、FAAはGE9Xエンジンに正式に耐空証明書を発行しました。GEはすぐに積層造形レポートを発表し、3Dプリントで製造された267個の部品の材料、理由、方法を公表しました。本日、3Dプリンティング研究所はGE9X-Additive Manufacturingの秘密を明らかにします。

物語はボーイング 777X の初飛行の成功から始まります。世界最大の双発ジェット旅客機であるボーイング 777X は、3 時間 51 分で初飛行を完了しました。

この航空機の胴体全長は76.7メートルで、400〜425人の乗客を運ぶことができます。

777Xは北京を出発し、世界中の主要な目的地をカバーできます。

ボーイング777Xには、世界最強の民間用エンジンGE9X（ついに主役の登場です）も搭載されており、なんと双発エンジンなんです！

FAA は GE9X に新たな耐空証明書を発行しました。

GE9Xのファンの直径は3.4m、空気取り入れ口の直径は4.5mで、ボーイング737の胴体直径より76cm大きい。言い換えれば、ボーイング 777X の 1 つのエンジンが、ボーイング 737 の胴体を「飲み込む」ことができるのです。これはボーイング767型機の胴体の直径よりわずか20センチ小さい。

バイパス比は 10:1 で、推力は 470 kN (100,000 lb) に達します。

前世代の GE エンジンと比較すると、燃料消費量を 10% ～ 15% 削減できます。

この素晴らしいものはギネス世界記録にも認定されました。

このエンジンには、圧力比27:1の新世代11段高圧コンプレッサー、高効率で低排出の第3世代TAPS III燃焼器、セラミックマトリックス複合材（CMC）製の燃焼器とタービンも搭載されています。

電子ビーム粉末床技術を用いて製造された低圧タービンブレードは、従来のニッケル基高温合金よりも約50％軽量で比強度に優れており、低圧タービン全体の重量が20％軽減され、GE9Xの推力が10％向上します。

GE9Xには300個近くの3Dプリント部品がある

初めて、複数の材料の積層造形が単一の航空機エンジンの製造に使用されました。

燃料ノズル<br /> 燃料ノズルの機能は、燃料を霧化（蒸発）させ、燃料と空気を完全に混合し、混合物の形成を促進し、安定した燃焼を確保し、燃焼効率を向上させることです。

3Dプリント技術により、ノズル設計を早期に反復することが容易になり、設計変更やテストを迅速に組み込むことができ、多くの時間を節約できます。

各 GE9X エンジンには、コバルトクロム合金製の燃料ノズルが 28 個あり、3D プリント技術を使用して 20 個の部品が 1 つに統合されています。

耐用年数は5倍以上延び、重量は25%軽減、コストは30%削減されます。

この部品は、選択的レーザー溶融法 (SLM) を採用した Concept Laser M2 プリンターを使用して製造されました。

そしてついでにそれを手に入れました。

低圧タービンブレード

各 GE9X エンジンには、TiAl 合金から 3D プリントされた 228 枚の低圧タービンブレードが搭載されています。

TiAl合金を選ぶ理由は何ですか?だってすごいから！軽いですよ！

ニッケルベースの合金と同じ材料特性を持ちながら、重量は半分以下です。

200 以上！各エンジンは約 400 ポンド軽量化 (50 パーセントの軽量化) され、推力は 10 パーセント以上増加しました。

しかし！

TiAl合金は脆い材料で、鋳造が難しく、冷却過程で割れやすいです。そのため、GEは脆い材料の印刷に適したArcam EBM A2X装置、電子ビーム溶融技術（EBM）を使用しています。

電子ビーム溶融 (EBM) 技術を使用すると、温度勾配を制御して、製造プロセス中の収縮や亀裂の欠陥を回避できます。

ちなみに私も入手しました。

T25センサーハウジング
GE の T25 センサーハウジングは、FAA 認証を取得した最初の積層造形航空機エンジン部品です。

各 GE9X エンジンには、コバルトクロム合金から 3D プリントされた T25 センサーハウジングが装備されています。
なぜ付加製造を使用するのですか?複雑な部品の精度を向上します。

センサーの精度要件は依然として非常に高いです。

10 個のパーツを 1 つの複雑な構造パーツに結合します。これにより精度が 30% 向上します。

この部品は、選択的レーザー溶融法 (SLM) を採用した Concept Laser M2 プリンターを使用して製造されました。

燃焼室油ガス混合器

燃焼室のオイルガスミキサーの機能は、まず空気と燃料を徹底的に混合し、次に混合物を燃焼室に送り込んで燃焼させ、主に排出ガスの低減を目的として電力を生成することです。

各 GE9X エンジンには、コバルトクロム合金から 3D プリントされた燃焼室オイル空気ミキサーが搭載されています。

この部品は、選択的レーザー溶融法 (SLM) を採用した Concept Laser M2 プリンターを使用して製造されました。

なぜ付加技術なのか?従来のプロセスではバッフル加工の一貫性を確保することが難しいため、3Dプリントでは一体成形によりこれを保証できます。また、重量を6％削減し、耐用年数を3倍に延ばすことができます。

デフレクター<br /> デフレクターにより、エンジンが吸い込んだほこり、砂、その他の破片を排出し、エンジンの寿命を延ばすことができます。

各 GE9X エンジンには、コバルトクロム合金から 3D プリントされた 8 つのデフレクターがあります。

複雑な構造は一体成型で形成されており、本来13個のパーツを複雑な内部流路を持つ部品に組み合わせて出力します。耐用年数を2倍以上に延ばします。

この部品は、選択的レーザー溶融法 (SLM) を採用した Concept Laser M2 プリンターを使用して製造されました。

熱交換器<br /> 熱交換器は伝統的に何十本もの細い金属管を溶接して作られていますが、GE9X で使用されている 3D プリントされた熱交換器はまったく異なる外観をしています。

3Dプリントの設計自由度を最大限に活用して開発された最適化されたチャネルと複雑な内部形状を含め、一体型3Dプリントにより熱交換効率が大幅に向上します。

なぜ付加技術を使用するのですか?より軽く、より安く、より耐久性がある

アルミニウム合金（F357）粉末は、添加剤技術によって、元々163個の部品が1つに統合され、重量が40％削減されただけでなく、生産コストも25％削減されました。

「積層造形の独自性と価値は、設計の柔軟性と革新のスピードにあります」と、ATC の現場リーダーであるアントワーヌ・タウンズ氏は語ります。「これまで、設計者は確立された製造方法に制約されていました。今では、そうした制約を考慮することなく、最も製造しやすい部品ではなく、エンジンに最適な部品を設計できます。」

EBM 技術は、特に鋳造が難しい脆性材料の分野で航空業界でますます使用されています。

EBM テクノロジーの利点:
1. 電子ビームスキャンにより粉末床を適切な温度に加熱できるため、残留応力を低減し、応力集中による部品の割れを防ぐのに役立ちます。
2. EBM は真空環境で行われるため、作業環境はクリーンで、有害なガス要素の影響を防ぐように制御可能です。
3. EBM により粉末は擬似焼結現象を起こし、自立的な役割を果たすため、通常はサポートの追加を必要としません。

EBM テクノロジーの欠点:
1. EBM 成形部品の表面精度は SLM ほど良くなく、劣ります。
2. 粉末は擬似焼結状態にあるため、粉末の洗浄が難しく、粉末はリサイクルに適していません。

EBM関連の規格:

シリアルナンバー	名前	州
ＡＭＳ７０１１	電子ビーム粉末床溶融結合法 (EB-PBF) による Ti6Al4V 航空宇宙部品の積層造形	ドラフト中
品番	《積層造形用ガンマチタンアルミニウム粉末》	ドラフト中
WK72938	付加製造 - 設計 - パート 3: 金属の電子ビーム粉末床溶融結合	ドラフト中
52911-3 の詳細情報	積層造形 - 粉末床溶融結合技術の設計ガイド - パート 3: 金属電子ビーム粉末床溶融結合	ドラフト中
VDI 3405 ブラット2	付加製造プロセス、ラピッドマニュファクチャリング - 金属部品の電子ビーム溶解 - 認定、品質保証、後処理	ドラフト中