談到增材制造，尤其是包括LENS定向能量沉積在內(nèi)的金屬3D打印技術(shù)，我們通常想到的是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零部件的制造或小批量個(gè)性化零件的制造，然而還有一個(gè)比較“另類”的應(yīng)用正在被西門子開發(fā)。

根據(jù)市場研究，西門子正在開發(fā)通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的翼型部件與護(hù)罩部件的互鎖，為此，西門子還申請(qǐng)了相關(guān)的專利。

連接不同材料的LENS技術(shù)

這是一個(gè)腦洞大開的探索，以往的復(fù)雜零件需要組裝或者焊接的形式成為一個(gè)整體，而西門子的發(fā)現(xiàn)正在將3D打印作為部件之間連接的“一把鎖”，這個(gè)思路頗有些曲徑通幽的妙處。

在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，單個(gè)組件的各個(gè)零部件可能具有完全不同的機(jī)械性能要求。有時(shí)候是材料的不同，有時(shí)候是形狀的極大差異化，并且那些更昂貴或難以制造的材料可能僅限于所需組件的個(gè)別部件，而更便宜或更易于制造的材料可用于組件的其他位置。此外，制造組件的這種模塊化方法允許當(dāng)組件出現(xiàn)質(zhì)量問題的時(shí)候只需要更換單個(gè)零件而不是整個(gè)組件，這樣可以延長組件的使用壽命并且降低維護(hù)保養(yǎng)成本。

零部件連接的通常方式包括諸如焊接和釬焊的冶金方式。但是，有許多渦輪機(jī)中的高溫材料很難焊接，對(duì)防止開裂也有很高的要求。這對(duì)釬焊接頭來說不是什么問題，但釬焊接頭只有釬焊材料的強(qiáng)度。

西門子找到了用于連接部件以形成組件的創(chuàng)新方法，根據(jù)市場研究，具體而言，完成組件中零件的“組裝”是通過增材制造工藝逐層形成“鎖定”的。零件的互鎖關(guān)系確?；ユi關(guān)系的互鎖零件保持彼此接合，從而形成完整的組件。

這與依靠使用諸如切割、鉆孔、研磨等技術(shù)去除材料的減材制造方法相反。在加工過程中，金屬粉末被定向輸送到零件表面，同時(shí)通過激光束產(chǎn)生熔池將其固化。形成層之后可以升高激光能量以便在所形成層的上層再形成另一層。最終所形成的部件是完全致密的（完全燒結(jié)的），此外鎖定部件并不一定是金屬材料的，還可以是陶瓷材料的。

與使用其他粉末冶金工藝制造的部件相比，通過逐層增材制造工藝形成的粉末冶金部件具有獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，這種LENS技術(shù)可將晶粒結(jié)構(gòu)中的晶粒尺寸限制到極小的程度，另外通過設(shè)定焊池的大小也限制了晶粒的大小。

其次，在逐層方法中，由于分層過程，組件中的晶粒將具有層狀結(jié)構(gòu)。相反，在傳統(tǒng)的粉末冶金工藝中，單獨(dú)的粉末顆粒不會(huì)熔化，而是在暴露于燒結(jié)過程中的高溫（低于熔點(diǎn)）時(shí)通過相互擴(kuò)散而結(jié)合在一起。粉末顆粒彼此具有無規(guī)取向，并且顆粒之間的界面成為晶界。

西門子通過3D打印實(shí)現(xiàn)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的翼型部件與護(hù)罩部件的互鎖，鎖定部件可以采取環(huán)或圓柱體的形狀。翼型部分需要經(jīng)受燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的熱燃燒氣體環(huán)境中更大的抗蠕變性，而護(hù)罩部分由于帶有經(jīng)受磨損的尖端部分則需要更大的抗研磨性能。這兩個(gè)部件機(jī)械性能要求的不兼容性使得難以通過焊接來接合。此外需要避免碎屑發(fā)生的問題也使得通過常規(guī)的機(jī)械連接受限（例如螺栓連接）。

增材制造在冶金學(xué)上滿足了翼型部件與護(hù)罩部件的連結(jié)需求，并且還避免了螺栓連接可能帶來的碎屑問題。