在航空航天領(lǐng)域，經(jīng)常會使用燃氣渦輪發(fā)動機產(chǎn)生推力。雖然理論上內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)很簡單，主要由壓縮機、燃燒室和渦輪機組成。但在實踐中，作為飛機和火箭的發(fā)動機，這些部件必須經(jīng)過精心設(shè)計和使用昂貴的材料，實際在運行中能夠承受高溫高壓。

燃燒室將少量空氣鼓入混合區(qū)，在這里有噴射進來并燃燒的霧化燃油。一秒鐘之內(nèi)，更多更冷的空氣流通過外襯套孔進來，沿著腔室壁將溫度降低至與渦輪機入口匹配的水平。

燃燒室的效能如何主要依賴于它的設(shè)計、其表面粗糙度、以及其材料和機械性能。通常來說，燃燒室襯套的制造要花5?8個月時間制造?？偠灾?，可能需要超過25個環(huán)節(jié)才能組裝出每個燃燒室，每個燃燒室由六個單獨的零部件組成的。

每個零部件都使用很薄（0.8/1毫米厚）的耐高溫合金連續(xù)沖裁、切割成一定尺寸、熱壓和手工釬焊，然后進行表面拋光和最后檢查。燃油噴嘴、旋流器和湍流生成裝置等通常在后面的階段才焊接。這需要合格的人力去操作和安裝，設(shè)置平臺和操作每個子部件。

由于受到成本和時間的限時，現(xiàn)有的制造技術(shù)所涉及的環(huán)節(jié)是有限的，所以很難制造出很復(fù)雜的零部件。現(xiàn)在，由于3D打印的靈活性，能夠一步完成所有的制造過程。美國宇航局（NASA）、歐洲空間局和GE公司都已經(jīng)正式將3D打印技術(shù)用于制造高附加值的零部件，比如火箭的燃料噴嘴。還有一些私營公司和公共研究機構(gòu)正在嘗試使用各種增材制造技術(shù)制造完整的發(fā)動機，比如冷噴技術(shù)、直接激光熔融（DLM），同時使用的是市場上現(xiàn)有的金屬粉末材料。

在粉末床上使用選擇性激光熔融（SLM）技術(shù)，燃氣渦輪發(fā)動機的燃燒室只需要45—65小時即可完成。 此外，通過反直覺重新設(shè)計，以提高燃燒效率，可以更容易地制造和進行臺架實驗，有可能使用定制或外界的粉末。因其固有的高分辨率（可達0.1mm）和其低表面粗糙度（Ra <7 / 8um），SLM技術(shù)非常適合這方面的應(yīng)用。相應(yīng)地電子束熔融技術(shù)的表面粗糙度就高了一點，其典型的Ra ≥40/ 50um。

就發(fā)動機燃燒室這個案例來說，SLM可以用來進行測試一次性的新穎設(shè)計或制造備件用于維修。此外，基于粉末床的SLM技術(shù)也可以作為一種可靠的生產(chǎn)工藝去制造非常規(guī)或難以制造的設(shè)計。

SLM制造的零部件仍然需要進行后處理：切割掉打印他們時使用的基材、除去支撐、清洗掉粉末和表面后處理。當(dāng)然，在CAD設(shè)計時可以考慮到后處理的需要，以減少不必要的支撐結(jié)構(gòu)，或者在關(guān)鍵部分限制使用支撐。此外，了解零部件如何才能高效運轉(zhuǎn)是至關(guān)重要的。 例如，燃燒室內(nèi)壁表面粗糙度的增加可以使空氣流可更高效地冷卻外襯套。而臺架實驗實際上是比建模和仿真（需要6個月）更便宜和更快的方法，因為當(dāng)Ra> 3 / 5um時，其空氣熱動力學(xué)運動是不可預(yù)知的。

因此，如果需要的話，就算加上表面后處理，比如高品質(zhì)的超聲波研磨（最終Ra <0.05um）3D打印仍然是一個時間上和經(jīng)濟上可行的解決方案。由于可以進行臺架實驗，因此一個完整的燃燒室設(shè)計所需的仿真、制造模具時間（6個月）可以完全淘汰。

因此，讓我們計算一下，使用SLM技術(shù)制造一個燃燒室，如果使用耐高溫鎳基合金粉末（每100公斤80—100美元）和大型SLM生產(chǎn)設(shè)備，如EOS M400（市場價140萬歐元）或Concept Xline 1000R（市場價150萬歐元），氬惰性氣體（每8瓶500—1000美元），仍然要比傳統(tǒng)的制造方式便宜20?30％。

綜上所述，在燃氣渦輪發(fā)動機燃燒室的制造中使用選擇性激光熔融（SLM）技術(shù)要比傳統(tǒng)制造方式縮短超過5個月的生產(chǎn)周期和節(jié)省高達30%的制造成本。而這只是在制造階段，在設(shè)計和原型階段使用該技術(shù)可以加快零部件設(shè)計的迭代，同樣可以大幅降低成本和減少時間。