最近在网上看到一个视频，讲的是南方科大的3D打印的陶瓷叶轮与金属组成的大体积异构轴承涡轮机研发获得成功。从下图看，一支火焰枪对准旋转的叶轮盘，但图示的温度最高显示只有650℃。

如果这是一支使用乙炔作为燃料火焰枪，那么在氧气中燃烧时,火焰温度可高达3600度，这在工业中是用来切割金属的，即便是在空气中燃烧,火焰温度也达2100度。

乙炔在纯氧气中燃烧,氧气不足时火焰头是浅蓝的,同时乙炔枪口有一段比较长白色的火焰,很明亮。氧气一般的话,火焰头还是浅蓝的,乙炔枪口有一段比较短的白色火焰。氧气很充足,火焰依旧是浅蓝的,没有白色的火焰了。对比一下燃烧颜烧，此火焰枪温度不低。

航空发动机的关键部件就是涡轮，它的一个关键指标就是涡轮前温度，温度越高且推力越大。然而整个涡轮都是置身于燃烧的火焰中，不但温度高，而且前后压力差很大，在这样苛刻的条件下，叶轮极易变形损坏，为了让叶轮盘不变形，一是寻找耐高温、变形的高温合金，二是在叶片内盘制作制冷通道，三就是涂刷耐热障涂层。这些材料、工艺大家都在用，但五花八门，同样的材料在不同的工艺下表现出来的效果就不一样。南方科大的3D打印的陶喷叶轮与金属组成的大体积异构轴承涡轮机研发获得成功应该是材料与工艺上双突破。

3D打印现在听起来已不太新鲜，但3D打印金属叶轮盘是一件极复杂的事，首先这是大体积异构轴承涡轮，其次是涡轮往往采用的是合金，因此在粉末混合及媒介物选择上有特殊要求。3D打印带来好处也是很明显，首先它没有复杂制模的工艺，同时在打印熔化金属的过程中晶体重新排列，释放了应力，这样变形小，强度更高。其次内部的那些冷却管道一体成型，简化了程序，提高了工艺。涡轮叶片的冷却模式有多种，比如对流冷却、冲击式冷却、气膜冷却、发散冷却。这是种多层结构，俗称“多层壁”，这对3D打印提出很高的要求。

传统叶轮需要制作模具，工艺复杂，时间周期长。与传统的注射成型制造叶片型芯技术相比，3D打印技术无需模具的生产制造技术。因此可以绕过传统工艺昂贵而又复杂的模具制造部分。

其实打印金属对我们来说也许不是最难的，因为我们不但能打印世界上最大的钛合金部分，而且3D打印的部件已开始批量使用。南方科技难就难在在金属上打印热障陶瓷层。美国的F135就曾因为涡轮热障涂层剥落而造成几个批次的F35的出动率大幅下降。

尽管涡轮内部的冷却通道一样，包括涡轮在内的燃烧室都依赖其外表面的热障涂层（TBC）的保护。如果在热气通道部件的TBC中发生剥落，剥落可能使热气路径部件的外壁暴露于高温流体，该部件的剥落处局部温度将升高，从而导致外表面氧化，从而缩短了热气路径部件的寿命。热障涂层同样工艺复杂，它有有双层结构、多层结构和梯度结构等。

传统的热障涂层还需要一道烧结程序，烧结后的叶片型芯产品具有非常低的热膨胀率、较高的孔隙率、优异的表面质量和优良的洗滤性等优点。3D打印可以做到边打印边烧结，一次性完整，而且是精细化管理，精细到每一个“点”。

3D打印陶瓷基复合材料，美国人曾在太空搞过；陶瓷3D机生产叶片型芯，法国航空航天巨头法国赛峰集团早长期使用 。3D打印的陶瓷叶轮与金属组成的大体积异构轴承涡轮机，南方科大第一家。

结语：

据报道，国内科研机构研发的陶瓷基复合材料（CMC）整体涡轮叶盘在株洲成功完成了首次飞行试验验证，这也是国内陶瓷基复合材料转子件首次配装平台的空中飞行试验。如果这个技术对应涡扇10C、涡扇15，那么南方科大的这个3D打印的陶喷叶轮与金属组成的大体积异构轴承涡轮机对应的就是六代机航发。

第6代战斗机采用的是高推重比发动机，其总压更大，涡轮前温度更高，很可能将会突破2000度。而科大的涡轮盘能将温度抵在650以下，这将为涡轮前温度提升留下了空间，当然，以上的实验并不能反应涡轮的真实工作状态，而且，推力的提升也不止涡轮前温度一个指标，还需要增加强加，减轻重量，优化设计。

总之，南方科大的这个3D打印的陶喷叶轮与金属组成的大体积异构轴承涡轮机实现更均匀可控的晶体组织、更复杂的叶片冷却通道、与金属基体结合更紧密的热障涂层，从而提升了叶轮的性能，提高温度，提升推力。

南方科大的这个3D打印技术叫做离心式DLP多材料3D打印。为保证材料纯度，它独创式的利用离心技术解决了材料残留问题，同时它又解决了合金原材料的配比、结晶问题，关键是它还解决了陶瓷基的打印，陶瓷基是一种复合材料，也是一种混合物，它里面有多种硅合物，还有粘合物与网状材料，他们的配比、排列组合、先后顺序极其复杂。目前能做多材料3D打印没有几家，而能将这么多材料混合打印大尺寸部件的独此一家。DLP多材料3D打印技术将助力航发。