2020年1月25日（美國時間），搭載了兩臺GE9X發動機的波音777X飛機在華盛頓州埃弗雷特的佩恩機場起飛，順利完成其首飛！
波音777X在空中的靚影。圖片來源：波音
相信很多人都已知曉這一令人期盼已久的消息。從2013年起，GE航空集團就開始了GE9X的設計與測試工作。為籌備這次首飛，GE航空集團已經在其加州維克多維爾市的波音747空中試車臺上對GE9X進行了72次飛行測試，共計超過400飛行小時。截至到目前，GE9X已經完成了超過4,100小時的地面與空中測試以及6,500次發動機循環。
空中試車臺上的GE9X發動機
雖然GE9X還未正式投入商用，但已獲得了諸多肯定。GE9X在去年獲得了吉尼斯世界上推力最大發動機的紀錄；是GE航空史上燃油效率最高的噴氣發動機，燃油消耗低於競品10%；擁有直徑134英寸的最大尺寸前風扇、複合材料風扇機匣和16片第四代碳纖維複合材料風扇葉片……除了這些硬核優勢，還有一個史無前例的創新性舉措——使用3D打印零部件，本期我們就來從GE9X發動機的3D打印零部件說起。
Stefka Petkova大學畢業就加入了GE，現在作為GE航空集團的一員，她和她的團隊正在為GE9X設計開發並準備投產3D打印的部件。
2014年，Petkova就職於位於俄亥俄州辛辛那提市GE航空集團的總部。當時GE航空開發了首批3D打印零部件，包括用於CFM LEAP噴氣發動機的燃油噴嘴和用於GE90的傳感器外殼，Petkova對這項技術深感著迷。現在，Petkova在俄亥俄州西切斯特GE航空的增材製造科技中心（ATC）工作，這裡距離GE航空的總部只有很短的車程。
ATC聘請了來自GE航空、GE增材製造的數百名工程師、設計師和工人，它也許是全球最大、最先進的3D打印機構。GE航空負責增材製造的總經理Eric Gatlin說：“在ATC，我們進行的許多工作都是初次探索，這在一定程度上也激發了我們的熱情和動力，形成了一股特有的文化氛圍”。
毫不誇張，在這裡工作的很多工程師，包括剛畢業不久的年輕人都沒有在學校裡學習過增材製造。這項技術才剛剛起步，但這並沒有影響工程師們迅速掌握這一技術，同時幫助GE的其他部門迎頭趕上。
在ATC，工程師們可以設計出形狀最理想的零件，然後直接通過計算機文件打印出來。增材製造通過激光或電子束將薄層金屬粉末熔融在一起，從而打印出最終產品。它可以讓工程師們製造出從前成本過於昂貴或無法用傳統方法制造的形狀，比如衝壓或鑄造製造工藝。ATC的現場負責人Antroine Townes說：“增材製造的獨特之處和價值在於設計的靈活性和創新的速度。過去，設計師們受困於既有的製造方法。現在你可以不考慮這些限制，設計最適合發動機的零件，而不是最容易製造的東西。”
Petkova和他們的同事們積極協助3D打印零部件批量生產的準備工作，他們確定製造流程，並將製造工作轉移到GE航空位於阿拉巴馬州奧本市的增材製造工廠。另外，他們也和GE9X的設計人員緊密合作，以幫助他們在發動機持續產生測試結果的情況下，快速且低成本地改進計劃。
GE9X將300多個發動機部件組合成7個3D打印的部件，其中包括能精確地讓燃料和空氣的混合物進入燃燒室的燃油噴嘴、低壓渦輪葉片和熱交換器。另一個是導流器，它能讓發動機排出吸入的灰塵、沙子和其他碎片，延長髮動機的使用壽命。這樣創新的設計很難被製造出來，甚至於之前GE也從未在商用噴氣發動機中使用過。
“除了3D打印，這樣的導流器無法通過其他任何方式製造，”GE航空的高級製造工程師Zach Studt說。如此一來，增材製造就為發動機在更大程度上創造了更好的性能表現，通過不同的製造過程交付更好的產品。未來，也許大部分的發動機都會裝配同款導流器。
但增材製造的作用不止於此。它不僅精確，而且考慮到所製造零件的複雜性，它的生產速度還足夠快。就拿燃燒室旋流器來說，它的工作原理就像汽車的化油器，讓發動機在噴嘴中獲得準確的燃油空氣比。過去，GE通過在模具中澆注熔融金屬來製造這些旋流器，這個過程被稱為鑄造。但是，製作模具的過程和工具不僅慢，且造價高，相對缺乏靈活性的工序讓設計師難以做出改進。3D打印在此時再次發揮了作用。Studt說：“相比於許多傳統制造方式，3D打印能讓我們更快融入新的設計流程中，而且我們不必在設計上做出妥協。”
這點非常重要。因為發動機的開發和測試工作是按照與飛機制造商商定的時間表來嚴格進行的。對於GE9X而言，飛機制造商便是波音公司。增材製造的優點體現在，當來自第一臺測試發動機的測試結果出現時，團隊能夠及時分析、深入瞭解，並在第二臺測試發動機上進行相應的設計改動。Petkova說，“我們有許多不同的構型，我們學到最多的是如果使用3D打印之外的其他方式，我們是無法趕上進度要求的。”
GE9X包括七個3D打印部件。圖片來源：Alex Schroff
在ATC，團隊用Concept Laser提供的機器打印了GE9X的零件，例如漩流器和導流器。Concept Laser是一家德國公司，於2016年被GE收購至增材製造部門旗下。低壓渦輪葉片是由Arcam打印設備製造完成的，該公司也在2016年歸入GE旗下。此外，Arcam還生產用於3D打印的金屬粉末。Studt說，“我們利用GE航空和GE增材製造同處一棟大樓的優勢互幫互助，讓GE增材製造生產出業內一流的機器，還幫助GE航空集團製造出最好的發動機零件。”
GE9X的各項取證測試即將全部完成，預計在今年晚些時候將獲得適航認證。目前，GE航空集團生產了8臺GE9X發動機及兩臺備發以支持波音的測試項目。前3架飛機的發動機已順利交付，剩餘發動機將會在接下來的幾周內交付至西雅圖。
除了GE9X發動機，ATC的團隊正在和開發Catalyst的工程師們密切合作，這將是30年來首個從零開始設計的新型渦輪螺旋槳發動機，他們採用3D打印技術將數百個發動機零件組合成十幾個左右的大部件。
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