霍尼韋爾年內(nèi)3D打印航空發(fā)動(dòng)機(jī)

寂靜天花板

2015年年初其首次運(yùn)用3D打印技術(shù)生產(chǎn)出了HTF7000發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)部件，霍尼韋爾計(jì)劃今年再進(jìn)一步，將多個(gè)3D打印部件裝入TPE331發(fā)動(dòng)機(jī)。這兩個(gè)型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)在全球支線客機(jī)和通航飛機(jī)上運(yùn)用廣泛。　　
7 G2 K) P8 \. W1 }& o7 d4 i- x( R6 E3D打印在國(guó)內(nèi)方興未艾。但3D打印技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)發(fā)展多年，早期稱為增材制造（Additive Manufacturing）。霍尼韋爾增材制造專家Donald Godfrey向記者介紹，目前市面上主要增材制造技術(shù)包括直接金屬激光燒結(jié)、電子光束熔煉和硅砂成型等幾大類型，技術(shù)指標(biāo)各有不同。
　　
& \: t$ v8 o% T  u“3D打印技術(shù)的好處是提升零部件質(zhì)量，大幅縮短生產(chǎn)和交付時(shí)間，從而節(jié)約投入成本，此外也可以減輕零部件重量。”Donald Godfrey向記者說(shuō)。但他也表示，由于成本等原因，目前3D打印技術(shù)更多地用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)或者測(cè)試，還無(wú)法用于大規(guī)模量產(chǎn)。
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不過(guò)霍尼韋爾已經(jīng)為3D打印技術(shù)畫出藍(lán)圖——到2020年，40%的飛機(jī)零部件將采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)。包括鳳凰城和上海在內(nèi)，霍尼韋爾已經(jīng)在全球設(shè)立了四個(gè)3D打印技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，試圖提升現(xiàn)有3D打印技術(shù)的成熟度。
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霍尼韋爾總部位于美國(guó)亞利桑那州鳳凰城，其增材制造中心也設(shè)立在此。此前，這一業(yè)務(wù)很少對(duì)媒體開放。
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Donald Godfrey是霍尼韋爾事業(yè)部的研究員級(jí)工程師，在先進(jìn)制造工程部負(fù)責(zé)新產(chǎn)品研發(fā)。記者在他的講解下見到了使用3D打印零部件的過(guò)程，以及打印出來(lái)的樣件。
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樣件看上去并不起眼。記者拿到的樣件包括一個(gè)網(wǎng)格狀的立方體、一個(gè)等比例縮小后的發(fā)動(dòng)機(jī)模型、一個(gè)橫切面和一個(gè)鑰匙鏈，長(zhǎng)寬高都在十厘米之內(nèi)。但和傳統(tǒng)方式生產(chǎn)出的同一產(chǎn)品比較便可發(fā)現(xiàn)，3D打印產(chǎn)品重量要輕上一半左右，并且能用更少的材料和體積，達(dá)到同樣的使用需求。
　　
Donald Godfrey介紹，目前霍尼韋爾正在研究的增材制造技術(shù)分為硅砂成型（或稱砂型3D打印技術(shù)）、激光燒結(jié)（DMLS）以及電子束熔煉（EBM）三類。無(wú)論采用哪種機(jī)器，其工作原理都是通過(guò)軟件建模，將要打印的部件切割成無(wú)數(shù)層數(shù)字切片，在此過(guò)程中，每一層實(shí)體切片需要不斷與電腦建模的數(shù)字切片對(duì)比，從而發(fā)覺偏差，進(jìn)行修正。
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8 L3 ?- s+ k$ o1 j4 W1 R" e6 p" r三種技術(shù)中硅砂成型較為普遍，另外兩種則對(duì)材質(zhì)的耐溫性要求更高：激光燒結(jié)的溫度在200度以上，電子束熔煉超過(guò)1900度。
　　
  g9 w) N4 w& G/ A4 [; L霍尼韋爾是航空航天業(yè)中第一家采用電子束熔煉技術(shù)、以718鎳基超合金生產(chǎn)零部件的企業(yè)。718鎳基超合金是目前應(yīng)用最為廣泛的高溫超合金之一。
　　
8 I5 P: X& f2 l4 y5 i“電子束熔煉技術(shù)的優(yōu)勢(shì)有四個(gè)方面，不需要模具，可以減少時(shí)間成本，任何金屬材質(zhì)都可以加工，并且能夠支持各種復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)上更為靈活。”Donald Godfrey總結(jié)道。在霍尼韋爾看來(lái)，從嚴(yán)格意義上講，電子束熔煉技術(shù)才是真正的3D打印技術(shù)。
　　
去年1月，霍尼韋爾首次采用電子束熔煉技術(shù)“打印”出了HTF7000發(fā)動(dòng)機(jī)的管腔。這一發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)廣泛應(yīng)用于一系列中遠(yuǎn)程公務(wù)機(jī)，包括在國(guó)內(nèi)較為常見的達(dá)索獵鷹、龐巴迪挑戰(zhàn)者、灣流等機(jī)型。
　　
6 D3 S. J$ N( z4 S3 |2 Z3 ?. @霍尼韋爾副總裁Bob Smith對(duì)記者介紹，未來(lái)新技術(shù)運(yùn)用后，有望降低50%的制造成本。成本節(jié)約是因?yàn)楹?jiǎn)化了設(shè)計(jì)程序——在新技術(shù)的幫助下，8個(gè)部件可以組合成1個(gè)部件，交付周期可以從幾個(gè)月大幅縮短到幾周。比如以往用傳統(tǒng)工藝研制渦輪葉片的樣件需要三年，結(jié)合3D打印技術(shù)僅需要9周。
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1 j& c/ n3 M6 KDonald Godfrey表示，今年霍尼韋爾還會(huì)更進(jìn)一步，年內(nèi)將打印6個(gè)TPE331發(fā)動(dòng)機(jī)部件。霍尼韋爾生產(chǎn)的這一發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)已經(jīng)生產(chǎn)了上萬(wàn)臺(tái)。
　　
3 E, f9 w0 a, ~; R" K# n0 ]! z+ o大規(guī)模量產(chǎn)尚需時(shí)日
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不過(guò)Bob Smith和Donald Godfrey等諸多霍尼韋爾人士都坦率地表示，目前3D打印技術(shù)還是用于產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)和測(cè)試產(chǎn)品，并沒有用于大批量生產(chǎn)。
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霍尼韋爾在實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)，目前3D打印技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效率還不足以和傳統(tǒng)鑄造技術(shù)匹敵，大多數(shù)公司3D打印的部件是按照鑄造或加工的目的而設(shè)計(jì)的，使用增材制造理念設(shè)計(jì)部件的還不普及。
　　
* A" x6 N! Q: R5 H+ e+ c( ]* ~3 e0 G從Donald Godfrey的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，目前采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)部件可以節(jié)省時(shí)間，但成本更高，技術(shù)更廣泛地推開才能降低成本。
　　
" E- s# e6 a. M- b0 m( X此外，航空器的組裝過(guò)程也較為復(fù)雜。3D打印技術(shù)還不足以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的組裝程序。一些3D打印技術(shù)能夠支持的部件大小有限。
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目前霍尼韋爾在鳳凰城、上海、印度班加羅爾和捷克布爾諾設(shè)立了3D打印技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)一步測(cè)試現(xiàn)有技術(shù)的成熟度。以上海實(shí)驗(yàn)室為例，其3D打印技術(shù)能夠打印出長(zhǎng)寬高最大為25cm、25cm、32.5cm的部件。
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7 p* _$ S% ^( ^, o4 v5 d! h5 y' I: f2 C* x按照霍尼韋爾提供的資料，公司計(jì)劃到2020年實(shí)現(xiàn)40%的部件采用增材制造的理念設(shè)計(jì)，也就是40%的部件都具備采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的能力。

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