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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。 - a( C7 U" s% C# P9 R5 I
3D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。: g4 S0 t! r( b' H! K! q" T
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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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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。
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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。: }( e& N) P4 q1 U0 _% Z9 e5 t/ A
6 k* _! j" I5 n0 Q+ s/ s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。. F2 D+ u9 f- j! Z1 t2 w
, ?, B! d" j! U( EDonald 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。
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( |! m4 U9 g# p1 h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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( ~1 v3 O4 y1 T5 q5 I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。8 m5 ]# j$ d) P- \- E9 w( F
9 X* f* N& r- U& Q0 N7 t“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。! @/ n" |1 s* n- ^- ?4 W1 ]% d" D- X
0 [0 v8 b6 C: U2 y% U$ T# h; w/ _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。3 _1 Q9 w, j( l& {
0 _# M% B% k, k# J" I# B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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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。% @! E. w) \' v3 \% S
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大规模量产尚需时日2 d+ b0 L9 g( G
! P3 q5 c5 S- V& p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。) \' l% T# w* U7 V
+ g# j: f- Q3 Y6 P# `4 o, [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。/ ^) X* @7 o2 d# w5 I1 V3 e
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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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: V* f9 W8 V$ ~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。2 c( d y/ C5 R: B: s. f6 A
9 p. f- e: y c6 U$ t) m( H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。3 w! D* n) G; S5 s# 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。
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