美國亞利桑那州鳳凰城，霍尼韋爾總部增材制造技術(shù)中心，《第一財經(jīng)日報》記者在一間干凈而不大的生產(chǎn)車間，拿到了一包長寬高都不到十厘米的小樣件，包括一個等比例縮小后的發(fā)動機模型、一個網(wǎng)格狀的立方體、一個橫切面和一個鑰匙鏈。

　　這些都是霍尼韋爾通過3D打印出來的零部件，最近幾年，如何將3D打印技術(shù)應用于生產(chǎn)飛機零部件，是Donald Godfrey一直在從事的工作。

　　Donald Godfrey是霍尼韋爾航空航天集團研究員級工程師，就在去年，他見證了霍尼韋爾首次使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)出了HTF7000發(fā)動機的一個部件, 這一發(fā)動機型號廣泛應用于一系列中遠程公務機，包括在國內(nèi)較為常見的達索獵鷹、龐巴迪挑戰(zhàn)者、灣流等機型。今年，公司還計劃將6~7個3D打印部件裝入TPE331發(fā)動機。

　　盡管技術(shù)門檻非常高，但如今3D打印在航空制造業(yè)的研究已經(jīng)開始由最初的實驗室階段逐步向?qū)嶋H使用階段過渡。

　　降低時間成本

　　霍尼韋爾航空航天集團是從2010年進入3D打印領(lǐng)域的。2010年6月，霍尼韋爾首次采用718鎳合金3D打印了一個切向注入噴嘴(TOBI)，并將其安裝在了霍尼韋爾飛行試驗臺上。2012年1月，霍尼韋爾使用同種材料打印了旋流發(fā)生器，并在客戶的飛行試驗臺上進行了測試。

　　2015年1月，霍尼韋爾運用3D打印技術(shù)生產(chǎn)出了HTF7000發(fā)動機的一個部件。2016年內(nèi)，公司計劃將6~7個3D打印部件裝入TPE331發(fā)動機。

　　看起來，3D打印飛機配件的進度并不快，對此，Donald Godfrey對記者介紹，這是由于建立生產(chǎn)粉末、存儲粉末、熔化粉末及后處理工藝的“固定流程”需要相當長的時間，因此日程安排成為了主要挑戰(zhàn)之一，而且這一日程安排還需要獲得美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)、客戶，以及霍尼韋爾首席工程部門與霍尼韋爾營銷部門的批準。“一旦獲得了這些批準，只要使用同樣的機器和粉末，打印其他部件將非常迅速，事半功倍。”

　　Donald Godfrey介紹，無論使用何種機器，3D打印的工作原理都是通過軟件建模，將要打印的部件切割成無數(shù)層切片，在此過程中，每一層實體切片需要不斷與電腦建模的數(shù)字切片對比，發(fā)現(xiàn)偏差后進行修正。

　　霍尼韋爾是第一家使用電子束熔煉(EBM)技術(shù)(3D打印技術(shù)的一種)，利用鉻鎳鐵合金718這種鎳基超合金生產(chǎn)航空航天零部件的企業(yè)。電子束熔煉技術(shù)使用的是電子束，而非被稱為直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)的多次金屬燒結(jié)/熔化過程中發(fā)現(xiàn)的激光束。

　　“電子束熔煉技術(shù)的優(yōu)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(zhì)都可以加工，并且能夠支持各種復雜的幾何結(jié)構(gòu)，設計上更為靈活。”Donald Godfrey告訴記者，在霍尼韋爾看來，從嚴格意義上講，電子束熔煉技術(shù)才是真正的3D打印技術(shù)。

　　之所以要花費精力研究多年，是因為3D打印飛機配件，不僅可以降低制造成本，還可以縮短生產(chǎn)和交付時間。

　　比如霍尼韋爾首次使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)HTF7000鎳基超合金發(fā)動機的管腔，就有望降低50%的制造成本。過去，通過傳統(tǒng)工藝研制渦輪葉片的樣件需要3年的時間，而如果采用了3D打印技術(shù)則僅需短短9周，與過去相比，為整個供應鏈節(jié)約了70%的時間。

　　“成本的節(jié)約來自于幾個方面：一是在設計上可以將8個不同部件編號組合成只有1個部件編號;二是3D打印技術(shù)可以幫助航空制造商減少工裝模具的使用，在生產(chǎn)少量樣件時，設計也可以更加靈活，這使得生產(chǎn)零部件的固定投入成本大幅下降。”Donald Godfrey對記者介紹，比如，用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的燃燒室保護罩就可以降低40%的成本。此外，通過該技術(shù)還可以減輕零件的重量，這直接關(guān)系到飛機的燃油經(jīng)濟性。過去，對于大型復雜構(gòu)件，制造商用傳統(tǒng)工藝無法完成，就拆為幾個部件，然后再進行組合，如今3D打印可以實現(xiàn)零部件一次成型，這不僅增加了零部件的強度，同時也減輕了零部件的重量。此外，3D打印技術(shù)還有助于提升零部件質(zhì)量，提高流通合格率，減少庫存。

　　大批量生產(chǎn)尚需時日

　　不過，包括Donald Godfrey在內(nèi)的多位霍尼韋爾人士都對記者坦陳，目前3D打印技術(shù)還主要用于產(chǎn)品原型設計和樣品測試，并沒有用于大批量生產(chǎn)。

　　Donald Godfrey指出，目前采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)部件可以節(jié)省時間，但成本更高，需要技術(shù)更廣泛地推開才能降低成本。此外，航空器的組裝過程也較為復雜，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。

　　“目前，增材制造在經(jīng)濟效率上還不能與更具經(jīng)濟型的簡易鑄造技術(shù)相匹敵。” Donald Godfrey告訴記者，不過，在未來幾年，霍尼韋爾等公司將開始打印而非鑄造小批量但高價值的部件。“當客戶所需的生產(chǎn)數(shù)量較低時，零部件制造的成本會迅速上漲，疊加制造則是解決這一問題的好辦法，使用打印技術(shù)生產(chǎn)小批量鑄件，可以節(jié)省客戶的成本和時間。”

　　如今，霍尼韋爾正在四個增材制造技術(shù)中心開展3D打印飛機配件的研究，這四個技術(shù)中心分別位于美國鳳凰城、印度班加羅爾、捷克布爾諾和中國上海。其中，上海的實驗室可以打印出長寬高最大為25cm、25cm、32.5cm的部件。公司計劃到2020年實現(xiàn)40%的部件都具備采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的能力。

　　正在研究3D打印技術(shù)應用到飛機上的不只是霍尼韋爾。在去年交付的A350采用了部分3D打印部件后，空客計劃今年將把3D打印的客艙隔板裝入客艙，并計劃2018年為飛機機翼裝上3D打印的擾流罩。

　　與高校合作也成為制造商們進行3D打印技術(shù)研究的共同模式?；裟犴f爾航空航天集團就與美國的4所大學簽署了合作協(xié)議，波音、空客等民機整機制造商也都選擇與大學進行合作，進行3D打印技術(shù)的研究。

　　值得一提的是，中國也已參與到該技術(shù)的研究中來。比如西北工業(yè)大學就與空客簽署了合作協(xié)議，共同探索3D打印技術(shù)在航空領(lǐng)域的應用，項目重點研究激光3D打印技術(shù)在飛機部件制造中一次打印成型、減少加工余量以及材料在成型過程中變形等難題。西北工業(yè)大學凝固技術(shù)國家重點實驗室承擔樣件制造，空客承擔樣件的測量和評估工作。