Aus 300 Teilen nur noch 7: Die Vorteile der additiven Fertigungstechniken von General Electric

Apr 17, 2024

Der größte und leistungsstärkste Triebwerk von General Electric für Verkehrsflugzeuge nutzt verschiedene additive Fertigungstechniken.

Dank additiver Fertigungstechniken kombinierte General Electric beim GE9X-Motor mehr als 300 Motorteile zu nur sieben. Additive Fertigungstechniken nutzen Computer Aided Design (CAD)-Software oder dreidimensionale Objektscanner, um Maschinen anzuweisen, spezielles Material Schicht für Schicht in präzisen geometrischen Formen aufzutragen.

Designinformationen aus der CAD-Software leiten den Weg einer Düse oder eines Druckkopfs, während dieser Material in eine bestimmte Form aufträgt. Jede nachfolgende Schicht verbindet sich mit der vorhergehenden Schicht aus geschmolzenem oder teilweise geschmolzenem Material. Der Vorgang wiederholt sich, bis das gesamte Teil erstellt ist.

Das lose oder nicht verschmolzene Material wird bei der Nachbearbeitung entfernt und für das nächste Teil recycelt. Der additive Herstellungsprozess unterscheidet sich von herkömmlichen Verfahren, bei denen Materialien bearbeitet, gefräst oder geschnitzt werden, um eine gewünschte Form zu erhalten.

Der GE9X ist der größte und leistungsstärkste Flugzeugmotor auf dem kommerziellen Luftfahrtmarkt. Der vom GE90 abgeleitete Turbofan mit hohem Bypass verfügt über einen massiven Lüfter, fortschrittliche Materialien und höhere Bypass- und Verdichtungsverhältnisse. Mit der maximalen Fähigkeit, einen Schub von 134.300 lbf (Pound-Force) zu erzeugen, ist es 5 % leistungsstärker als sein Vorgänger.

Trotz seiner Leistungsfähigkeit ist das Triebwerk derzeit für einen Startschub von 110.000 lbf ausgelegt. Fortschrittliche Materialien und Prozesse machen den Motor effizienter, leiser und emissionsärmer. Der GE9X von General Electric ist explizit für Boeings neuestes Mitglied der 777-Familie, die Boeing 777X, konzipiert.

Das Herzstück des Turbofan-Triebwerks ist sein Hochdruckverdichter, auch Core genannt. Der Kompressor sorgt dafür, dass die einströmende Luft auf einen optimalen Druck komprimiert wird, der sich ideal für die Verbrennung eignet. Es besteht aus einer Reihe von Kompressorstufen (rotierende Schaufeln und stationäre Schaufeln), die die Luft schrittweise verdichten.

Bei einer herkömmlichen Konstruktion sind die Verdichterschaufeln jeder Stufe einzeln (mit Abstandshaltern, Halterungen und Schrauben) an der Scheibe oder Trommel befestigt. Eine Scheibe (oder Schaufelscheibe) besteht aus Rotorscheiben und Schaufeln; Jede rotierende Stufe kann aus Hunderten von Einzelteilen bestehen.

Die ersten fünf Stufen des Hochdruckverdichters des GE9X-Triebwerks gelten als Blisks (kombinierte Schaufelscheiben). Eine Blisk besteht aus einem einzelnen Teil, das die Scheibe und die rotierenden Schaufeln durch additive Fertigung, Integralguss oder einfaches Schweißen einzelner Schaufeln an eine Rotorscheibe verbindet.

Durch den Wegfall der Notwendigkeit, Schaufeln an der Scheibe zu befestigen, verringert sich die Anzahl der Komponenten im Kompressor. Blisks minimieren den Luftwiderstand erheblich und erhöhen die Gesamteffizienz des GE9X-Triebwerks um bis zu 8 %. Darüber hinaus eliminiert das Design die Quelle der Rissentstehung und -ausbreitung in den Schwalbenschwanznuten (Befestigungen) der Rotorblätter.

Blisks werden strengen harmonischen Schwingungstests und einem dynamischen Auswuchten auf höchstem Niveau unterzogen. Dies liegt daran, dass die Dämpfung der Schwalbenschwanzbefestigung bei Blisks nicht vorhanden ist. Ein erheblicher Nachteil von Blisks besteht darin, dass jede Beschädigung der Schaufeln, die über kleine Dellen hinausgeht, einen vollständigen Ausbau des Triebwerks erfordert, damit die Blisk repariert oder ersetzt werden kann.

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Neben additiven Fertigungstechniken hat die Verwendung leichter, ultrafester Materialien GE auch dabei geholfen, die Anzahl der Teile zu reduzieren. Durch die Verwendung fortschrittlicher Materialien hat GE beispielsweise dünnere, leichtere und effizientere Lüfterblätter hergestellt. Zum Vergleich: Der GE90 verfügt über 22 Blades, der GEnx über 18 und der größte der drei, der GE9X, hat nur 16 Blades.

Was denken Sie über die additiven Fertigungstechniken, die GE beim GE9X-Motor verwendet? Teilen Sie es uns im Kommentarbereich mit.

Autor – Omar ist ein Luftfahrt-Enthusiast und hat einen Doktortitel. in Luft- und Raumfahrttechnik. Omar verfügt über zahlreiche Jahre Erfahrung in Technik und Forschung und möchte sich auf forschungsbasierte Luftfahrtpraktiken konzentrieren. Neben der Arbeit liebt Omar das Reisen, den Besuch von Luftfahrtstandorten und das Beobachten von Flugzeugen. Sitz in Vancouver, Kanada