霍尼韦尔年内3D打印航空发动机

寂静天花板

2015年年初其首次运用3D打印技术生产出了HTF7000发动机的一个部件，霍尼韦尔计划今年再进一步，将多个3D打印部件装入TPE331发动机。这两个型号的发动机在全球支线客机和通航飞机上运用广泛。　　
9 V2 ], n, b3 W3 J3D打印在国内方兴未艾。但3D打印技术在国外已经发展多年，早期称为增材制造（Additive Manufacturing）。霍尼韦尔增材制造专家Donald Godfrey向记者介绍，目前市面上主要增材制造技术包括直接金属激光烧结、电子光束熔炼和硅砂成型等几大类型，技术指标各有不同。
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“3D打印技术的好处是提升零部件质量，大幅缩短生产和交付时间，从而节约投入成本，此外也可以减轻零部件重量。”Donald Godfrey向记者说。但他也表示，由于成本等原因，目前3D打印技术更多地用于产品设计或者测试，还无法用于大规模量产。
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4 E6 z  u0 b* o! A% |' L不过霍尼韦尔已经为3D打印技术画出蓝图——到2020年，40%的飞机零部件将采用3D打印技术生产。包括凤凰城和上海在内，霍尼韦尔已经在全球设立了四个3D打印技术实验室，试图提升现有3D打印技术的成熟度。
　　
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% `3 o( K4 L! o0 z! y9 C: I霍尼韦尔总部位于美国亚利桑那州凤凰城，其增材制造中心也设立在此。此前，这一业务很少对媒体开放。
　　
Donald Godfrey是霍尼韦尔事业部的研究员级工程师，在先进制造工程部负责新产品研发。记者在他的讲解下见到了使用3D打印零部件的过程，以及打印出来的样件。
　　
& c: ?0 e* I. p样件看上去并不起眼。记者拿到的样件包括一个网格状的立方体、一个等比例缩小后的发动机模型、一个横切面和一个钥匙链，长宽高都在十厘米之内。但和传统方式生产出的同一产品比较便可发现，3D打印产品重量要轻上一半左右，并且能用更少的材料和体积，达到同样的使用需求。
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: |. ]+ L/ l! F6 Z! }Donald Godfrey介绍，目前霍尼韦尔正在研究的增材制造技术分为硅砂成型（或称砂型3D打印技术）、激光烧结（DMLS）以及电子束熔炼（EBM）三类。无论采用哪种机器，其工作原理都是通过软件建模，将要打印的部件切割成无数层数字切片，在此过程中，每一层实体切片需要不断与电脑建模的数字切片对比，从而发觉偏差，进行修正。
　　
6 |" Q1 U3 F+ N8 R* ~: b三种技术中硅砂成型较为普遍，另外两种则对材质的耐温性要求更高：激光烧结的温度在200度以上，电子束熔炼超过1900度。
　　
, m9 I. z' v& A霍尼韦尔是航空航天业中第一家采用电子束熔炼技术、以718镍基超合金生产零部件的企业。718镍基超合金是目前应用最为广泛的高温超合金之一。
　　
“电子束熔炼技术的优势有四个方面，不需要模具，可以减少时间成本，任何金属材质都可以加工，并且能够支持各种复杂的几何结构，设计上更为灵活。”Donald Godfrey总结道。在霍尼韦尔看来，从严格意义上讲，电子束熔炼技术才是真正的3D打印技术。
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去年1月，霍尼韦尔首次采用电子束熔炼技术“打印”出了HTF7000发动机的管腔。这一发动机型号广泛应用于一系列中远程公务机，包括在国内较为常见的达索猎鹰、庞巴迪挑战者、湾流等机型。
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霍尼韦尔副总裁Bob Smith对记者介绍，未来新技术运用后，有望降低50%的制造成本。成本节约是因为简化了设计程序——在新技术的帮助下，8个部件可以组合成1个部件，交付周期可以从几个月大幅缩短到几周。比如以往用传统工艺研制涡轮叶片的样件需要三年，结合3D打印技术仅需要9周。
　　
) H* W: C1 Z7 E1 ?5 |9 u/ Z; NDonald Godfrey表示，今年霍尼韦尔还会更进一步，年内将打印6个TPE331发动机部件。霍尼韦尔生产的这一发动机型号已经生产了上万台。
　　
/ t0 t! z7 `+ b  W5 h" S8 F大规模量产尚需时日
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不过Bob Smith和Donald Godfrey等诸多霍尼韦尔人士都坦率地表示，目前3D打印技术还是用于产品原型设计和测试产品，并没有用于大批量生产。
　　
$ \( F. @( n' `7 @% z霍尼韦尔在实践后发现，目前3D打印技术的经济效率还不足以和传统铸造技术匹敌，大多数公司3D打印的部件是按照铸造或加工的目的而设计的，使用增材制造理念设计部件的还不普及。
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从Donald Godfrey的经验来看，目前采用3D打印技术生产部件可以节省时间，但成本更高，技术更广泛地推开才能降低成本。
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此外，航空器的组装过程也较为复杂。3D打印技术还不足以代替传统的组装程序。一些3D打印技术能够支持的部件大小有限。
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/ t$ ]6 T/ G5 P- s目前霍尼韦尔在凤凰城、上海、印度班加罗尔和捷克布尔诺设立了3D打印技术实验室，进一步测试现有技术的成熟度。以上海实验室为例，其3D打印技术能够打印出长宽高最大为25cm、25cm、32.5cm的部件。
　　
按照霍尼韦尔提供的资料，公司计划到2020年实现40%的部件采用增材制造的理念设计，也就是40%的部件都具备采用3D打印技术生产的能力。

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