在航空航天領(lǐng)域，Hamilton Sundstrand是一家低調(diào)的公司，然而低調(diào)并不代表保守。根據(jù)市場研究，Hamilton Sundstrand正在研究如何通過混合增材制造的方法來獲得具有中空葉片的整體葉片式轉(zhuǎn)子。

用于渦輪機(jī)和其他機(jī)器的整體葉片轉(zhuǎn)子（IBR），包括葉輪、葉片等是復(fù)雜幾何形狀的組成部分。IBR的設(shè)計、結(jié)構(gòu)和材料通常決定了渦輪機(jī)的運行極限。多年來，為開發(fā)新的合金、新的制造技術(shù)和新的部件設(shè)計，Hamilton Sundstrand作出了大量的努力，從而使得這些新的部件允許在更高的操作溫度下操作，并且這些轉(zhuǎn)子重量更輕、壽命更長。

傳統(tǒng)上，為了減輕重量，一些燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的風(fēng)扇葉片是空心的。每個風(fēng)扇葉片由兩個單獨的部分組合而成。每一半包括多個腔體和肋結(jié)構(gòu)以減輕重量，并且形成結(jié)構(gòu)合理的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。一半形成壓力側(cè)壁，另一半形成吸力側(cè)壁。壓力側(cè)壁和吸力側(cè)壁被肋分離并支撐以形成中空風(fēng)扇葉片。然后中空風(fēng)扇葉片在非常高的溫度下經(jīng)受成形操作，被賦予翼型的幾何形狀。側(cè)壁呈彎曲輪廓以形成翼型。然后通過激光焊接或其他連接技術(shù)將葉片固定到輪轂或其他元件上。

通過3D打印增材制造IBR是充滿挑戰(zhàn)的，包括如何實現(xiàn)完全平衡的葉片中心，以及如何直接在轂上精確地形成中空空間。此外，熱應(yīng)力引起在制造過程中形成的各個層的變形是另一大挑戰(zhàn)，由熱應(yīng)力引起的變形可能非常大以至于不利地影響甚至阻礙后續(xù)粉末層的沉積。根據(jù)市場研究，單純通過3D打印的方法來制造IBR，目前并沒有很好的解決方案。

Hamilton Sundstrand開發(fā)出通過混合增材制造技術(shù)來制造包括轂和多個中空葉片的整體葉片轉(zhuǎn)子的方法。從輪轂的徑向向外表面連續(xù)向外連續(xù)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。

圖：具有中空葉片的整體葉片轉(zhuǎn)子的平面圖

圖：具有中空葉片的整體葉片轉(zhuǎn)子的一個葉片的平面圖

圖：根據(jù)另一實施例的整體葉片轉(zhuǎn)子的中空葉片的平面圖;

圖：根據(jù)另一實施例的整體葉片轉(zhuǎn)子的一部分的側(cè)視圖;

混合制造技術(shù)，涉及到增材制造技術(shù)和減材制造技術(shù)的協(xié)作。由于目前還沒有具體的解決方案可以通過單獨使用增材制造工藝來制造中空整體葉片轉(zhuǎn)子IBR，所以混合增材制造技術(shù)成為“另辟蹊徑”的一條思路。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，Hamilton Sundstrand采用的是DMGMORI的SAUER GmbH工廠所提供的混合增材制造設(shè)備，可以在工件的相同位置來進(jìn)行激光金屬沉積和五軸CNC銑削的加工作業(yè)。

不過這個過程是充滿挑戰(zhàn)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(zhuǎn)分離器或其他分選裝置進(jìn)行分選來控制。