从黑科技到大众技术 3D打印全面进军航空制造业

      飞机性能以及燃油效率的提升，对历史超过百年的传统航空制造业制造着一个个新的挑战，比如新材料和新制造技术的应用。当碳纤维复合材料为主体制造的大型客机已经开始广泛投入到全球航线的运营之中时，新的制造技术也在看不见的地方悄然改变着航空工业的制造方式，比如3D打印（增材制造）技术制造的一些飞机零部件已经开始被应用在商用民航客机的关键部件上。

        美国航空制造业巨头霍尼韦尔航空航天集团（下称霍尼韦尔）使用3D打印技术成功制造出一个HTF7000小型商用发动机的零部件，并计划进一步将多个采用同类技术制造的部件装入其畅销的TPE331发动机中。不同于传统制造模式的“减法”，3D打印技术通过将材料粉末通过技术手段重新堆叠来实现产品的构型，正如任何一种新技术出现所受到的质疑一样，这种看起来像是黏土玩具一样的方式真的能制造出需要严格认证并处在复杂运营环境下的飞机零部件的要求么？

     “3D打印与传统制造技术的区别就在于，从产品原始材料到生产过程都影响到最终的产品性能，这是其较传统制造方式的优势之所在。”霍尼韦尔中国研发中心航空航天工程与技术部总经理徐军博士在2016年珠海航展期间接受《华夏时报（公众号：chinatimes）》记者专访时，对3D打印技术在航空制造业应用的前景表示非常乐观。

      霍尼韦尔在3D打印技术应用方面已经实现了包括高温镍合金材料制成的飞行试验部件、利用高温镍合金材料生产旋转涡轮式发动机，并通过循环旋转测试验证了制造过程和材料属性以及利用电子光束熔解技术生产镍材料部件等多项技术成果。合金材料都有特性曲线，3D打印的材料也一样， “当我们搞清楚产品本身的力学特性和材料特性，建立一个数据库，就可以搭建一个体系，这样也有利于取得认证。”

       霍尼韦尔方面表示，3D打印技术的应用有望降低50%的制造成本，并大幅缩短生产和交付时间。成本的节约来自于在设计上将8个不同部件编号组合成只有1个部件编号。交付时间可从数月缩短至数周。总的来说，它将提升零部件质量，提高流通合格率，减少库存，加快生产速度并降低生产成本。

     “有些东西之所以做成目前这样是因为受到制造工艺的限制，而采用3D打印就没有这么多限制，我们可以把产品做得更简单直接，省掉很多不必要的部分，这样还可以实现减重的效果。”的确，对于燃油成本占到总运营成本相当比重的现代民航客机而言，不管是大范围采用新材料、提升气动性能以及改进发动机，本质上都是为了使单位重量的业载在消耗更少燃料的基础下实现更多的位移，这也是航空工程师们长久以来共同的目标。

     霍尼韦尔目前已经建立了四个3D打印技术中心，分别位于美国凤凰城、印度班加罗尔、中国上海以及捷克的布尔诺。在徐军看来，大部分金属材料都可以采用3D打印技术，但目前看来并不是所有零部件都需要用3D打印技术来实施。“毕竟需要一段时间才能让3D打印技术降到与传统制造技术同样的成本，所以有些并不复杂的超大型零部件目前看来还是用传统制造技术更为合理。”

     霍尼韦尔目前正在用3D打印技术制造小批量但价值高的零部件，在该公司看来，当客户所需的生产数量较低时，零部件制造的成本会迅速上涨，叠加制造则是解决这一问题的好办法。使用打印技术生产小批量铸件，可以节省客户的成本和时间。

航空业现在正进入一个快速发展的供应链管理阶段，这意味着企业会现场打印零部件，保持零库存，且只在收到订单时才开始打印。现有供应链中涉及的部件库存量将会面临粉末化。

     “最重要的一点在于，我们可以利用新技术实现更好的设计理念，”徐军对本报记者表示，“3D打印技术可以尝试制作一些传统制造技术从未想过的方案，产生全新的设计理念，比如之前我们帮助一个客户制造了一个特殊的扳手，市面上没有这种扳手的成品出售，但我们从建模到制造所花的时间很短，而且产品的实用效果非常好，一次成型所需的时间也远远少于制作模具需要的时间，这就是这个技术真正的价值所在。”

     霍尼韦尔研究员级工程师Donald Godfrey认为，3D打印在航空业下一阶段的重大突破方向是将该技术应用在工具加工上。