成果简介

空心涡轮叶片是航空发动机、大型舰艇发动机、重型燃气轮机等核心关键部件，被誉为“皇冠上的明珠”，其制造技术是我国“两机”重大专项核心技术之一，因技术难度大、发展起步晚、国外封锁严等，成为制约航空发动机和燃气轮机提升的技术瓶颈。课题组将3D打印技术和成熟的精密铸造技术融合，发明了航空发动机高温合金叶片型芯型壳一体化的快速精铸技术。该技术可显著提升复杂叶片的制造能力、大幅缩短叶片制造的工艺路线、大幅降低制造对叶片设计的限制，对我国航空发动机制造体系和研制体系能力的提升具有重大的革新意义。目前，在国家项目支持下，课题组已攻克了该技术的关键难题，形成了完备的技术体系，建成了小批量生产线，具备了服务于我国先进航空发动机创新设计的能力。

航空发动机空心涡轮叶片的快速精铸技术的技术原理如图所示。以CAD数字数据直接驱动，利用光固化3D技术成形制造高精度复杂内腔的树脂原型，采用凝胶注模方法将陶瓷浆料一次贯注成型，冷冻干燥处理后，烧失树脂原型和烧结陶瓷，经过强化处理后，制备出芯壳一体化陶瓷铸型，在此铸型中浇铸金属，经凝固、脱芯等工序，即可得到高温合金叶片。

航空发动机涡轮合金叶片的型芯型壳快速精铸技术相比于传统熔模铸造和直接金属3D打印叶片的优势和先进性体现在：

1．成品率高：型芯型壳一体化的原理性优势，精度高、性能好；

2．利润率高：得益于3D打印和成品率较高，周期／成本曲线优异；

3．需求匹配好：精度高、性能好、周期短、成本低。

应用领域

本成果服务于叶片的创新设计。致力于为叶片的创新设计提供全周期，全工况的解决方案。在叶片的论证、选型到最终定型中，可提供：PIV冷态流动树脂模型，叶栅，等轴晶、定向晶乃至单晶叶片；服务于叶片的先进制造。先进冷却结构的一体化铸造成形：采用型芯／型壳一体化快速精铸技术，可实现双层壁冷型芯，气膜孔型芯的直接成型，缩短了加工周期。先进铸造技术：型芯／型壳一体化快速精铸模壳高温性能优异，满足定向晶／单晶航空发动机叶片先进铸造技术的使用要求，目前已实现航空发动机叶片定向凝固制造。相关技术还可以用于其它复杂结构零件的制造上，是3D打印与传统铸造技术的结合。

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