霍尼韋爾年內3D打印航空發動機

寂靜天花板

2015年年初其首次運用3D打印技術生產出了HTF7000發動機的一個部件，霍尼韋爾計劃今年再進一步，將多個3D打印部件裝入TPE331發動機。這兩個型號的發動機在全球支線客機和通航飛機上運用廣泛。　　
, p9 d% E" F3 P) t6 \2 x3D打印在國內方興未艾。但3D打印技術在國外已經發展多年，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包括直接金屬激光燒結、電子光束熔煉和硅砂成型等幾大類型，技術指標各有不同。
　　
“3D打印技術的好處是提升零部件質量，大幅縮短生產和交付時間，從而節約投入成本，此外也可以減輕零部件重量。”Donald Godfrey向記者說。但他也表示，由于成本等原因，目前3D打印技術更多地用于產品設計或者測試，還無法用于大規模量產。
　　
不過霍尼韋爾已經為3D打印技術畫出藍圖——到2020年，40%的飛機零部件將采用3D打印技術生產。包括鳳凰城和上海在內，霍尼韋爾已經在全球設立了四個3D打印技術實驗室，試圖提升現有3D打印技術的成熟度。
　　

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霍尼韋爾總部位于美國亞利桑那州鳳凰城，其增材制造中心也設立在此。此前，這一業務很少對媒體開放。
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) o, ?% g2 b+ XDonald Godfrey是霍尼韋爾事業部的研究員級工程師，在先進制造工程部負責新產品研發。記者在他的講解下見到了使用3D打印零部件的過程，以及打印出來的樣件。
　　
樣件看上去并不起眼。記者拿到的樣件包括一個網格狀的立方體、一個等比例縮小后的發動機模型、一個橫切面和一個鑰匙鏈，長寬高都在十厘米之內。但和傳統方式生產出的同一產品比較便可發現，3D打印產品重量要輕上一半左右，并且能用更少的材料和體積，達到同樣的使用需求。
　　
Donald Godfrey介紹，目前霍尼韋爾正在研究的增材制造技術分為硅砂成型（或稱砂型3D打印技術）、激光燒結（DMLS）以及電子束熔煉（EBM）三類。無論采用哪種機器，其工作原理都是通過軟件建模，將要打印的部件切割成無數層數字切片，在此過程中，每一層實體切片需要不斷與電腦建模的數字切片對比，從而發覺偏差，進行修正。
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三種技術中硅砂成型較為普遍，另外兩種則對材質的耐溫性要求更高：激光燒結的溫度在200度以上，電子束熔煉超過1900度。
　　
# }- d, b" Q9 ~8 q霍尼韋爾是航空航天業中第一家采用電子束熔煉技術、以718鎳基超合金生產零部件的企業。718鎳基超合金是目前應用最為廣泛的高溫超合金之一。
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“電子束熔煉技術的優勢有四個方面，不需要模具，可以減少時間成本，任何金屬材質都可以加工，并且能夠支持各種復雜的幾何結構，設計上更為靈活。”Donald Godfrey總結道。在霍尼韋爾看來，從嚴格意義上講，電子束熔煉技術才是真正的3D打印技術。
　　
: e8 _6 ~1 U. Z# A$ d( H$ X7 J4 H7 x去年1月，霍尼韋爾首次采用電子束熔煉技術“打印”出了HTF7000發動機的管腔。這一發動機型號廣泛應用于一系列中遠程公務機，包括在國內較為常見的達索獵鷹、龐巴迪挑戰者、灣流等機型。
　　
霍尼韋爾副總裁Bob Smith對記者介紹，未來新技術運用后，有望降低50%的制造成本。成本節約是因為簡化了設計程序——在新技術的幫助下，8個部件可以組合成1個部件，交付周期可以從幾個月大幅縮短到幾周。比如以往用傳統工藝研制渦輪葉片的樣件需要三年，結合3D打印技術僅需要9周。
　　
4 u( Q+ @4 v( G2 PDonald Godfrey表示，今年霍尼韋爾還會更進一步，年內將打印6個TPE331發動機部件。霍尼韋爾生產的這一發動機型號已經生產了上萬臺。
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: I! U( D" I2 E+ X7 ^4 A. S9 P# p大規模量產尚需時日
　　
2 w; Q; x# a* p  S不過Bob Smith和Donald Godfrey等諸多霍尼韋爾人士都坦率地表示，目前3D打印技術還是用于產品原型設計和測試產品，并沒有用于大批量生產。
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霍尼韋爾在實踐后發現，目前3D打印技術的經濟效率還不足以和傳統鑄造技術匹敵，大多數公司3D打印的部件是按照鑄造或加工的目的而設計的，使用增材制造理念設計部件的還不普及。
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4 f8 e$ L* V8 ?( N從Donald Godfrey的經驗來看，目前采用3D打印技術生產部件可以節省時間，但成本更高，技術更廣泛地推開才能降低成本。
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. E. p) a" \% k# V) z此外，航空器的組裝過程也較為復雜。3D打印技術還不足以代替傳統的組裝程序。一些3D打印技術能夠支持的部件大小有限。
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7 u) u/ H+ l2 j4 N- g5 t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立了3D打印技術實驗室，進一步測試現有技術的成熟度。以上海實驗室為例，其3D打印技術能夠打印出長寬高最大為25cm、25cm、32.5cm的部件。
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按照霍尼韋爾提供的資料，公司計劃到2020年實現40%的部件采用增材制造的理念設計，也就是40%的部件都具備采用3D打印技術生產的能力。
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