Bước tiến mới, in 3D cho động cơ phản lực lớn nhất thế giới

27

Ẩn mình trên những ngọn đồi thoai thoải của Thung lũng Po, thị trấn nhỏ Cameri trông giống như một ngôi làng trong bưu thiếp Ý hoàn chỉnh với một quảng trường cổ điển được bao quanh bởi các tòa nhà theo phong cách truyền thống và một nhà thờ. Nhưng một sự tương phản đáng kinh ngạc, cách trung tâm ngôi làng này chưa đến một dặm, là trung tâm đổi mới hàng không vũ trụ, nơi đặt một trong những nhà máy in 3D lớn nhất thế giới được vận hành bởi Avio Aero, một công ty hàng không GE. Nhà máy chế tạo các cánh quạt có kích thước bằng cánh tay cho động cơ GE9X, động cơ phản lực lớn nhất thế giới.

Các hoạt động của Cameri của GE là dấu hiệu cho thấy những tiến bộ trong sản xuất hiện nay. Chế tạo lưỡi cho tuabin động cơ thường bao gồm đúc chúng từ hợp kim nóng đỏ hoặc đập chúng ra trên các máy rèn lớn. Tuy nhiên, tại Cameri, đó là một quá trình được kiểm soát yên tĩnh, diễn ra bên trong máy in 3D có kích thước bằng chiếc tủ lạnh, xếp thành hàng gọn gàng bên trong một hội trường hầm hố có kích thước của một nhà kho.

Các máy in được chế tạo bởi Arcam, một công ty GE mua lại vào năm 2016 và cấu trúc lại bên trong doanh nghiệp GE Additive của mình. Họ sử dụng chùm tia điện tử để hàn lại hàng triệu hạt kim loại bột mịn, từng lớp mỏng này đến lớp khác, để tạo thành một số bộ phận bền nhất của động cơ phản lực.

Sản xuất phụ gia vẫn là một ngành công nghiệp non trẻ mặc dù là ngành phát triển nhanh chóng. Vào năm 2015, GE Hàng không đã mở Trung tâm Công nghệ Phụ gia gần trụ sở chính của mình tại Cincinnati, nơi các kỹ sư của GE Hàng không và GE Phụ gia thiết kế và sản xuất các linh kiện in 3D cho máy bay phản lực và các sản phẩm khác và cũng cải tiến trên máy in 3D. Các bộ phận của GE Năng lượng và Chăm sóc sức khỏe cũng đang khám phá in 3D, cũng như nhiều khách hàng của GE Additive, những người sử dụng công nghệ này để xây dựng mọi thứ từ xe đạp đến cấy ghép sọ.

GE đã phát triển động cơ GE9X cho máy bay phản lực 777X thế hệ tiếp theo của Boeing.

Máy in Arcam nhiệt 3D hàn bột kim loại với chùm tia điện tử ở nhiệt độ lên tới 1.000 độ C. Ảnh: Stefano Rostagno cho GE Report

Với đường kính hơn 11 feet, động cơ có chiều rộng bằng toàn bộ máy bay Boeing 737. Tuy nhiên, một loạt các thiết kế sáng tạo dù có kích thước vật lý nhưng GE9X cải thiện hiệu suất nhiên liệu 10% so với động cơ GE90, cung cấp năng lượng cho động cơ GE90 và hầu hết các máy bay 777 hiện nay. Một trong những đổi mới liên quan đến việc chế tạo lưỡi dao từ một vật liệu kỳ diệu gọi là titan aluminide (TiAl).

Các nhà thiết kế máy bay phản lực yêu thích TiAl vì nó nhẹ và mạnh – nhưng cho đến khi in 3D trở thành một lựa chọn thực tế, việc sản xuất với vật liệu này rất khó khăn, đòi hỏi phải đúc và sử dụng các công cụ đắt tiền. Các hợp kim cũng có xu hướng giòn hơn. Máy in 3D Arcam giải quyết những vấn đề đó bằng cách hàn bột kim loại với chùm tia điện tử ở nhiệt độ lên tới 1.000 độ C. Theo kế hoạch chi tiết phần mềm được thiết kế bởi các kỹ sư GE, mỗi máy in sẽ tạo ra một số lưỡi dài 40 cm cùng một lúc, từng lớp, trong vài ngày.

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, GE gần đây đã mở rộng không gian sản xuất Cameri, từ 6.500 feet vuông lên 26.000 feet vuông. Kích thước lớn hơn cho phép cơ sở lưu trữ tổng cộng 35 máy Arcam: 31 máy in A2X và bốn máy Spectra H, lớn hơn và sản xuất nhiều bộ phận hơn cùng một lúc. Việc mở rộng sẽ cho phép Cameri sản xuất 60.000 cánh tuabin mỗi năm vào năm 2023.

Avio Aero đã tăng tốc sản xuất liên tục tại Cameri vào mùa xuân này. Công ty hy vọng sẽ bổ sung thêm 16 máy Spectra H cho nhà máy trong tương lai gần, tiếp theo là có thể thay thế máy in A2X nhỏ hơn bằng tín dụng Spectra H. Ảnh: Stefano Rostagno cho GE Reports.

Động cơ GE9X đã có chuyến bay đầu tiên vào năm ngoái và các máy bay phản lực Boeing mà họ sẽ lên nắm quyền sẽ bắt đầu giao hàng cho các hãng hàng không vào năm tới. Avio Aero đã tăng tốc sản xuất liên tục tại Cameri vào mùa xuân này cho biết: “Công ty hy vọng sẽ bổ sung thêm 16 máy Spectra H cho nhà máy trong tương lai gần, tiếp theo là có thể thay thế máy in A2X nhỏ hơn bằng Spectra H”.

“Nhờ có sự mở rộng và những cỗ máy mới này, chúng tôi chắc chắn sẽ có thể sản xuất số lượng lưỡi dao lớn hơn” theo ông Avio Aero. Ông Marco Bozzola, người vận hành các máy móc tại nhà máy cũng cho biết: “Chúng tôi cũng có thể tin tưởng vào sự ổn định cơ học và điện tử lớn hơn. Chúng tôi thậm chí có thể xem xét hình thái mới.”

Avio Aero, một công ty hàng không GE, vận hành một trong những nhà máy in 3D lớn nhất thế giới ở Cameri, Ý. Ảnh: Stefano Rostagno cho GE Reports

Nhà máy chế tạo cánh quạt có kích thước bằng cánh tay cho động cơ GE9X, động cơ phản lực lớn nhất thế giới. Ảnh: Stefano Rostagno cho GE Reports.

BÌNH LUẬN CỦA BẠN