3D打印是Advance3制造中所采用的创新技术之一。3D打印可以将原本通过多个构件组合的零件进行一体化打印，实现了零件的整体化结构。

新的里程碑

近日，GKN航空航天公司为UltraFan™发动机提供了第一套中间压缩机壳，成为清洁天空2劳斯莱斯UltraFan™发动机演示程序的主要里程碑。

GKN航空航天公司是Clean Sky 2和劳斯莱斯领导的UltraFan™发动机演示程序中的核心合作伙伴，负责ICC的设计和制造。ICC是压缩机壳体之间的一种结构，该结构将转子气体负载传递到发动机壳体和推力安装座。

 全新的发动机核心架构

ICC的开发、制造和测试将展示和验证一系列新技术，包括低成本且坚固耐用的带有铸件的分段制造概念。这利用了基于计算机模拟的创新焊接方法。这其中的技术难点包括优化的排气系统中的空气动力学和声学性能设计；较短的主动风管设计和3D打印附件零件；和基于模型的设计方法。

UltraFan™采用了新的发动机核心架构，并采用了齿轮设计。目标是在2022年进行全面的发动机地面测试，随后进行飞行测试。

Clean Sky 2是欧洲最大的航空研究计划，旨在开发创新的尖端技术，以减少飞机产生的CO2排放和噪音水平。Clean Sky 2由欧盟的Horizon 2020计划和欧洲的航空业提供资金，有助于加强欧洲的航空业合作，全球领导地位和竞争力。

 罗罗的增材之路

根据3D科学谷的市场观察，早期的罗-罗发动机Trent XWB-97就采用了增材制造/3D打印部件，3D打印的镍金属结构件是一件直径1.5米、厚0.5米的前轴承座，含有48个翼面。而空客A350-1000用的是XWB-97发动机,XWB-97看起来非常像A350-900的XWB-84发动机，可产生97000磅的推力。提升的推力主要来自新型高温涡轮技术，结合了更新的发动机的核心技术以及更大风量的风扇来实现的。这一切的实现归根结底是使用了先进的空气动力学技术，以及3D打印零部件。

除了在核心机Advance 3中应用的3D打印技术，罗-罗在制造UltraFan®发动机时还应用了先进的全自动化制造技术以及数字双胞胎。根据3D科学谷市场观察，罗-罗在其复合材料卓越中心采用先进的全自动化制造技术制造UltraFan®发动机部件。该发动机中的叶片都是由机器人制造的，机器人构建大约500层碳纤维材料，然后施加热量和压力。每个叶片都有一个领先的钛金属边缘，为发动机提供极好的防异物和鸟撞保护。

UltraFan发动机的每个叶片中都配有数字双胞胎，即每个叶片都在计算机软件中有一个虚拟副本。在发动机测试期间，它们将收集大量数据，这些数据将被馈送到数字双胞胎中，供工程师预测每个叶片在服务中的性能。

l 文章来源：3D科学谷内容团队

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根据罗-罗，UltraFan®在重量、噪音和所需燃料方面将得到显著降低，与其第一代Trent发动机相比，燃油效率将高25％。UltraFan®将重新定义喷气发动机。

罗-罗还通过技术验证机Advance3 对将于2025年推出的UltraFan®发动机设计的相关技术和新核心机进行测试。Advance3 发动机中集成约2万个组件，其中的一部分是通过3D打印技术制造的。

 3D打印引领下一代飞机发动机潮流

Advance3发动机将成为罗-罗最新的民用大涵道比发动机UltraFan®的核心机，UltraFan®计划在2025年推向市场。在Advance3发动机的2万个组件中，其中一部分是通过3D打印技术制造的，同时罗-罗公司在Advance3 热端部件制造中使用了尖端的陶瓷基复合材料（CMC）。

根据罗-罗，Advance3 发动机中的零件已测试超过100小时，初期测试结果显示，发动机中采用3D打印技术和陶瓷基复合材料（CMC）制造的部件性能表现卓越。

图：UltraFan®发动机

Advance3验证机测试的新核心机能实现最高油效，保持低排放，是罗-罗未来技术战略的关键要素。罗-罗表示，将于2025年后面世的UltraFan®发动机与第一代Trent 发动机相比燃油效率将提高25%。

在验证机上，新核心机在Trent XWB风扇系统与Trent 1000低压涡轮之间运行，其压气系统可帮助UltraFan®实现高达70:1的总压比。

当所有测试完成后，新核心机将集成到UltraFan®发动机组件中。

 3D科学谷Review

Advance3 以创新技术和数字能力为基础，是罗-罗实现智能发动机（Intelligent Engine）未来愿景的重要组成部分。

3D打印是Advance3制造中所采用的创新技术之一。3D打印可以将原本通过多个构件组合的零件进行一体化打印，这样不仅实现了零件的整体化结构，避免了原始多个零件组合时存在的连接结构（法兰、焊缝等），也可以帮助设计者突破束缚实现功能最优化设计。一体化结构的实现除了带来轻量化的优势，减少组装的需求也为企业提升生产效益打开了可行性空间。

图：XWB-97 发动机，来源：Arcam AB

此外，金属3D打印可以让打印部件达到传统方式无法达到的薄壁、尖角、悬垂、圆柱等形状的极限尺寸，让产品设计师有了更大的发挥空间。在进行飞行器中的复杂零部件设计时，设计师由过去以考虑零部件的可制造性为主，转变为增材设计思维下的实现零部件功能性为主。

根据3D科学谷的市场观察，早期的罗-罗发动机Trent XWB-97就采用了增材制造/3D打印部件，3D打印的镍金属结构件是一件直径1.5米、厚0.5米的前轴承座，含有48个翼面。而空客A350-1000用的是XWB-97发动机,XWB-97看起来非常像A350-900的XWB-84发动机，可产生97000磅的推力。提升的推力主要来自新型高温涡轮技术，结合了更新的发动机的核心技术以及更大风量的风扇来实现的。这一切的实现归根结底是使用了先进的空气动力学技术，以及3D打印零部件。

除了在核心机Advance 3中应用的3D打印技术，罗-罗在制造UltraFan®发动机时还应用了先进的全自动化制造技术以及数字双胞胎。根据3D科学谷市场观察，罗-罗在其复合材料卓越中心采用先进的全自动化制造技术制造UltraFan®发动机部件。该发动机中的叶片都是由机器人制造的，机器人构建大约500层碳纤维材料，然后施加热量和压力。每个叶片都有一个领先的钛金属边缘，为发动机提供极好的防异物和鸟撞保护。

UltraFan发动机的每个叶片中都配有数字双胞胎，即每个叶片都在计算机软件中有一个虚拟副本。在发动机测试期间，它们将收集大量数据，这些数据将被馈送到数字双胞胎中，供工程师预测每个叶片在服务中的性能。

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通过使用陶瓷基复合材料（CMC）和应用3D打印技术，Advance3与第一代Trent发动机相比，燃油效率将提高25％，并且提高燃油效率也将降低排放。

Advance3是大涵道比涡扇发动机，根据高端装备发展研究中心，齿轮箱使用五个行星齿轮，传动比率为4：1，该设计允许风扇在气动损失和噪声都较小的较低转速下工作，同时，压气机和涡轮在效率较高的高转速下工作，从而实现发动机涵道比增大，使发动机可靠性提高，耗油率、使用与维修成本、噪声均降低。

而下一代大涵道比涡扇发动机是罗-罗公司发展的重中之重，根据业内专家，罗-罗公司长期持续推进大涵道比涡扇发动机技术研究的项目可以归纳为：Advance2x项目，包括用于公务机、支线客机和部分窄体客机的涡扇发动机；Advance3项目，包括用于宽体客机和大型窄体客机的大涵道比涡扇发动机。其大致发展途径是以Advance2和Advance3项目所发展的双转子或三转子发动机技术在2020年前达到成熟为目标，实现发动机耗油率比遄达700发动机（XWB)至少降低20%。

3D打印可以将原本通过多个构件组合的零件进行一体化打印，这样不仅实现了零件的整体化结构，避免了原始多个零件组合时存在的连接结构（法兰、焊缝等），也可以帮助设计者突破束缚实现功能最优化设计。一体化结构的实现除了带来轻量化的优势，减少组装的需求也为企业提升生产效益打开了可行性空间。

此外，金属3D打印可以让打印部件达到传统方式无法达到的薄壁、尖角、悬垂、圆柱等形状的极限尺寸，让产品设计师有了更大的发挥空间。在进行飞行器中的复杂零部件设计时，设计师由过去以考虑零部件的可制造性为主，转变为增材设计思维下的实现零部件功能性为主。

根据3D科学谷的市场观察，早期的罗-罗发动机Trent XWB-97就采用了增材制造部件，3D打印的镍金属结构件是一件直径1.5米、厚0.5米的前轴承座，含有48个翼面。而空客A350-1000用的是XWB-97发动机,XWB-97看起来非常像A350-900的XWB-84发动机，可产生97000磅的推力。提升的推力主要来自新型高温涡轮技术，结合了更新的发动机的核心技术以及更大风量的风扇来实现的。这一切的实现归根结底是使用了先进的空气动力学技术，以及3D打印零部件。

由此出发，3D打印开启了下一代航空领域的飞机发动机以及航天领域的火箭发动机性能竞争之路。

根据航空航天业内专家，航空发达国家在航空发动机的技术发展与产品研制过程中，持续出台具有指导意义的战略政策，并不惜巨资实施系列专项技术研究计划，如美国的综合高性能涡轮发动机（IHPTET）计划、极高效发动机技术（UEET）计划，环境负责航空（ERA）计划以及欧盟的系列框架计划。多种涡扇发动机牢牢占据了各级别发动机市场，同时不断开展包括齿轮传动、开式转子、混合电推进技术等新型动力技术的探索，呈现出多元化的发展趋势。

下一步，3D打印将如何助推多元化的发动机发展趋势，我们拭目以待！

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劳斯莱斯技术策略负责人Henner Wapenhans称，公司在未来数年后便可使用3D技术生产投入使用的部件。Wapenhans向记者表示：“3D打印开创了新的可能性，新的设计空间。通过3D打印过程，你不会受制于创造某种形状的工具，创造任何你喜欢的形状。”

劳斯莱斯高管称，3D技术能够用于降低支架等部件的重量。“有研究显示你能够生产更佳的轻质结构，因为你只是在寻求遵循大自然的规律，参照骨骼的构造，它们并不是坚固的材料。所以像支架这样的简单部件能够制造得更轻些。”

劳斯莱斯技术策略负责人Henner Wapenhans表示，相较于传统制造方法，3D打印技术拥有更高的可设计性和加工速度，“工程师可以通过3D打印技术设计制作任何他们想要的零件外观，这意味着我们可以轻松的造出更轻更符合实际需要的飞机引擎零部件，这符合飞机设计理念。” Henner Wapenhans举例称一些部件现在的交货周期大概为18个月，而如果使用3D打印来进行生产的话，这一时间将被缩短至一个星期左右。不过公司方面还没正式确认将有哪些引擎部件会使用3D打印技术生产。

劳斯莱斯CEO John Rishton已经下定决心要优化成本，提高效能以便保持与通用电气公司（GE）等对手企业的竞争。