300 個の部品をわずか 7 個に減らす: ゼネラル・エレクトリックの積層造形技術の利点

Apr 17, 2024

ゼネラル・エレクトリック社の最大かつ最も強力な民間航空機エンジンには、さまざまな積層造形技術が組み込まれています。

積層造形技術のおかげで、ゼネラル エレクトリックは 300 以上のエンジン部品を GE9X エンジンのわずか 7 つに結合しました。 積層造形技術では、コンピューター支援設計 (CAD) ソフトウェアまたは 3 次元オブジェクト スキャナーを使用して、特殊な材料を何層にも重ねて正確な幾何学的形状に堆積するように機械に指示します。

CAD ソフトウェアからの設計情報は、材料を特定の形状に堆積する際のノズルまたはプリント ヘッドの経路をガイドします。 連続する各層は、溶融または部分的に溶融した材料の前の層に結合します。 このプロセスは、パーツ全体が作成されるまで繰り返されます。

緩んだ材料や融着していない材料は後処理中に除去され、次の部品にリサイクルされます。 積層造形プロセスは、材料を機械加工、フライス加工、または彫刻して目的の形状を得る従来のプロセスとは異なります。

GE9X は、民間航空市場で最大かつ最も強力な航空機エンジンです。 GE90 から派生した高バイパス ターボファンは、巨大なファン、先進的な素材、より高いバイパス比と圧縮比を備えています。 134,300 lbf (ポンドフォース) の推力を生み出す最大能力を備えており、前モデルよりも 5% 強力です。

その能力にもかかわらず、エンジンの現在の定格離陸推力は 110,000 lbf です。 先進的な材料とプロセスにより、エンジンの効率が向上し、静かになり、排出ガスも少なくなります。 ゼネラル・エレクトリックの GE9X は、ボーイングの 777 ファミリーの最新メンバーであるボーイング 777X 向けに明確に設計されています。

ターボファン エンジンの心臓部は、コアとも呼ばれる高圧コンプレッサーです。 コンプレッサーは、入ってくる空気を燃焼に理想的な最適な圧力まで圧縮します。 これは、空気を徐々に圧縮する一連の圧縮機ステージ (回転ブレードと固定ベーン) で構成されています。

従来の設計では、各ステージのコンプレッサーブレードはディスクまたはドラムに個別に（スペーサー、リテーナー、ボルトを使用して）取り付けられています。 ディスク (またはブレード付きディスク) はローター ディスクとブレードで構成されます。 各回転ステージは数百もの個別の部品で構成されている場合があります。

GE9X エンジンの高圧コンプレッサーの最初の 5 つのステージは、ブリスク (複合ブレード ディスク) とみなされます。 ブリスクは、積層造形、一体鋳造、または個々のブレードをローター ディスクに単に溶接することによって、ディスクと回転ブレードを接続する単一の部品で構成されます。

ディスクにブレードを取り付ける必要がなくなるため、コンプレッサー内のコンポーネントの数が減ります。 Blisk は抵抗を大幅に最小限に抑え、GE9X エンジンの全体的な効率を最大 8% 向上させます。 さらに、この設計により、ブレードのダブテール スロット (アタッチメント) での亀裂の発生と伝播の原因が排除されます。

Blisk は、厳格な調和振動試験と非常に高い基準に基づく動的バランスを経ています。 これは、ダブテールアタッチメントの減衰がブリスクに存在しないためです。 ブリスクの重大な欠点は、ブレードに軽度のへこみ以上の損傷があると、ブリスクを修理または交換するためにエンジンを完全に取り外す必要があることです。

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積層造形技術とは別に、軽量の超高強度材料を使用することも、GE の部品数の削減に役立ちました。 たとえば、GE は最先端の材料を使用することで、より薄く、より軽く、より効率的なファン ブレードを製造しました。 比較として、GE90 は 22 枚のブレードで構成され、GEnx は 18 枚のブレードを備えていますが、3 つのうちの最大の GE9X には 16 枚のブレードしかありません。

GE が GE9X エンジンに使用している積層造形技術についてどう思いますか? コメント欄でお知らせください。

ライター - オマールは航空愛好家であり、博士号を取得しています。 航空宇宙工学の博士号を取得。 オマール氏は長年にわたる技術および研究の経験を活かし、研究に基づいた航空実務に注力することを目指しています。 仕事とは別に、オマールは旅行、航空現場の訪問、飛行機の観察に情熱を持っています。 カナダのバンクーバーに拠点を置く