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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。
$ l3 ]# B- z7 L M k3D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。0 W2 m" H; O* K8 S( P
( L6 u9 `/ I2 ^. a1 z“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。& h+ U% Z2 q2 K+ o% S
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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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+ G# F2 g) T: a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。7 x7 l8 w1 S9 s. o' h
5 w8 T8 S, |; B3 @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。- I' {( E8 t6 f4 Z" u. C b
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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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- }# \+ E# d6 |2 o) \% f* M1 u0 N4 DDonald 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。+ n, M1 I4 F0 e- G# R0 X' F
* a8 y7 _2 j# T4 ^) t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。
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$ A _8 R. h! T' h. b5 |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。
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“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。' s) G# E" J5 {! l
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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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9 w0 i1 o! u& @1 |' K+ G6 G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。
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: `" w2 _2 {1 W9 {1 `Donald 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。1 M9 H/ ]. |# [, e9 d9 a1 \
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大规模量产尚需时日
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3 |: q+ G0 P1 W1 {( t- n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。4 u' [, i: v; |7 h& @7 N c) ^
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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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. s1 c; w+ ?0 O8 L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。8 L; M% ]; B1 V, x$ \; o
# }& z# M( h& Y3 P) E, b! p' E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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( Z/ G! t6 p/ O ~$ [$ X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。, q% u3 `7 h( C- i. X
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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。. E- `, o- W0 O& l
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