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(chǎng)研究，Hamilton Sundstrand正在研究如何通過(guò)混合增材制造的方法來(lái)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(jì)、結(jié)構(gòu)和材料通常決定了渦輪機(jī)的運(yùn)行極限。多年來(lái)，為開(kāi)發(fā)新的合金、新的制造技術(shù)和新的部件設(shè)計(jì)，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(zhǎng)。

傳統(tǒng)上，為了減輕重量，一些燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的風(fēng)扇葉片是空心的。每個(gè)風(fēng)扇葉片由兩個(gè)單獨(dú)的部分組合而成。每一半包括多個(gè)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(guò)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(guò)3D打印增材制造IBR是充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的，包括如何實(shí)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(guò)程中形成的各個(gè)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(chǎng)研究，單純通過(guò)3D打印的方法來(lái)制造IBR，目前并沒(méi)有很好的解決方案。

Hamilton Sundstrand開(kāi)發(fā)出通過(guò)混合增材制造技術(shù)來(lái)制造包括轂和多個(gè)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(gè)分段層。在形成多個(gè)中空葉片的同時(shí)，還在多個(gè)中空葉片中形成一個(gè)或多個(gè)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(gè)葉片的平面圖

圖：根據(jù)另一實(shí)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(shí)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(méi)有具體的解決方案可以通過(guò)單獨(dú)使用增材制造工藝來(lái)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(chǎng)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(lái)進(jìn)行激光金屬沉積和五軸CNC銑削的加工作業(yè)。

不過(guò)這個(gè)過(guò)程是充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的，在增材制造過(guò)程中需要充分減少被困的粉末，而在減材制造過(guò)程中則需要清除斷屑，以避免沉積在空腔中。

此外，對(duì)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(guò)將顆粒通過(guò)滑槽分離器，旋轉(zhuǎn)分離器或其他分選裝置進(jìn)行分選來(lái)控制。