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3D打印要上天 空客要用它造飛機(jī)

產(chǎn)業(yè)
阿耐9年前
3D打印要上天 空客要用它造飛機(jī)

IPR Daily,全球影響力的知識(shí)產(chǎn)權(quán)新媒體

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3D打印要上天 空客要用它造飛機(jī)


除了霍尼韋爾,航空界還有很多機(jī)構(gòu)在嘗試運(yùn)用3D打印技術(shù)。在去年交付的A350采用了部分3D打印部件后,空客計(jì)劃今年將把3D打印的客艙隔板裝入客艙,并計(jì)劃2018年為飛機(jī)機(jī)翼裝上3D打印的擾流罩。


第四屆世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)5月31日在上海拉開,當(dāng)與會(huì)者集中討論3D打印技術(shù)的應(yīng)用前景時(shí),航空業(yè)今年已經(jīng)迎來應(yīng)用突破。


此前一天,空客在創(chuàng)新日活動(dòng)上透露,其采用3D打印技術(shù)制造的客艙隔板和擾流板裝上飛機(jī)已經(jīng)提上日程。前不久空客更是提起一項(xiàng)新專利:運(yùn)用的3D打印技術(shù)可以打印出一整架飛機(jī)。


比主制造商更進(jìn)一步的是,技術(shù)供應(yīng)方已經(jīng)在研究如何將3D打印運(yùn)用于技術(shù)含量更高的發(fā)動(dòng)機(jī)上。


記者5月參觀霍尼韋爾航空航天集團(tuán)(下稱“霍尼韋爾”)在美國鳳凰城的實(shí)驗(yàn)室了解到,2015年年初其首次運(yùn)用3D打印技術(shù)生產(chǎn)出了HTF7000發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)部件,公司計(jì)劃今年再進(jìn)一步,將多個(gè)3D打印部件裝入TPE331發(fā)動(dòng)機(jī)。這兩個(gè)型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)在全球支線客機(jī)和通航飛機(jī)上運(yùn)用廣泛。


3D打印在國內(nèi)方興未艾。但在參觀期間記者了解到,3D打印技術(shù)在國外已經(jīng)發(fā)展多年,早期稱為增材制造(Additive Manufacturing)?;裟犴f爾增材制造專家Donald Godfrey向記者介紹,目前市面上主要增材制造技術(shù)包括直接金屬激光燒結(jié)、電子光束熔煉和硅砂成型等幾大類型,技術(shù)指標(biāo)各有不同。


“3D打印技術(shù)的好處是提升零部件質(zhì)量,大幅縮短生產(chǎn)和交付時(shí)間,從而節(jié)約投入成本,此外也可以減輕零部件重量?!盌onald Godfrey向記者說。但他也表示,由于成本等原因,目前3D打印技術(shù)更多地用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)或者測試,還無法用于大規(guī)模量產(chǎn)。


不過霍尼韋爾已經(jīng)為3D打印技術(shù)畫出藍(lán)圖——到2020年,40%的飛機(jī)零部件將采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)。包括鳳凰城和上海在內(nèi),霍尼韋爾已經(jīng)在全球設(shè)立了四個(gè)3D打印技術(shù)實(shí)驗(yàn)室,試圖提升現(xiàn)有3D打印技術(shù)的成熟度。


更輕更快的3D打印


霍尼韋爾總部位于美國亞利桑那州鳳凰城,其增材制造中心也設(shè)立在此。此前,這一業(yè)務(wù)很少對(duì)媒體開放。


Donald Godfrey是霍尼韋爾事業(yè)部的研究員級(jí)工程師,在先進(jìn)制造工程部負(fù)責(zé)新產(chǎn)品研發(fā)。記者在他的講解下見到了使用3D打印零部件的過程,以及打印出來的樣件。


樣件看上去并不起眼。記者拿到的樣件包括一個(gè)網(wǎng)格狀的立方體、一個(gè)等比例縮小后的發(fā)動(dòng)機(jī)模型、一個(gè)橫切面和一個(gè)鑰匙鏈,長寬高都在十厘米之內(nèi)。但和傳統(tǒng)方式生產(chǎn)出的同一產(chǎn)品比較便可發(fā)現(xiàn),3D打印產(chǎn)品重量要輕上一半左右,并且能用更少的材料和體積,達(dá)到同樣的使用需求。


Donald Godfrey介紹,目前霍尼韋爾正在研究的增材制造技術(shù)分為硅砂成型(或稱砂型3D打印技術(shù))、激光燒結(jié)(DMLS)以及電子束熔煉(EBM)三類。無論采用哪種機(jī)器,其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)層數(shù)字切片,在此過程中,每一層實(shí)體切片需要不斷與電腦建模的數(shù)字切片對(duì)比,從而發(fā)覺偏差,進(jìn)行修正。


三種技術(shù)中硅砂成型較為普遍,另外兩種則對(duì)材質(zhì)的耐溫性要求更高:激光燒結(jié)的溫度在200度以上,電子束熔煉超過1900度。


霍尼韋爾是航空航天業(yè)中第一家采用電子束熔煉技術(shù)、以718鎳基超合金生產(chǎn)零部件的企業(yè)。718鎳基超合金是目前應(yīng)用最為廣泛的高溫超合金之一。


“電子束熔煉技術(shù)的優(yōu)勢有四個(gè)方面,不需要模具,可以減少時(shí)間成本,任何金屬材質(zhì)都可以加工,并且能夠支持各種復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)上更為靈活?!盌onald Godfrey總結(jié)道。在霍尼韋爾看來,從嚴(yán)格意義上講,電子束熔煉技術(shù)才是真正的3D打印技術(shù)。


去年1月,霍尼韋爾首次采用電子束熔煉技術(shù)“打印”出了HTF7000發(fā)動(dòng)機(jī)的管腔。這一發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)廣泛應(yīng)用于一系列中遠(yuǎn)程公務(wù)機(jī),包括在國內(nèi)較為常見的達(dá)索獵鷹、龐巴迪挑戰(zhàn)者、灣流等機(jī)型。


霍尼韋爾副總裁Bob Smith對(duì)記者介紹,未來新技術(shù)運(yùn)用后,有望降低50%的制造成本。成本節(jié)約是因?yàn)楹喕嗽O(shè)計(jì)程序——在新技術(shù)的幫助下,8個(gè)部件可以組合成1個(gè)部件,交付周期可以從幾個(gè)月大幅縮短到幾周。比如以往用傳統(tǒng)工藝研制渦輪葉片的樣件需要三年,結(jié)合3D打印技術(shù)僅需要9周。


Donald Godfrey表示,今年霍尼韋爾還會(huì)更進(jìn)一步,年內(nèi)將打印6個(gè)TPE331發(fā)動(dòng)機(jī)部件?;裟犴f爾生產(chǎn)的這一發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)已經(jīng)生產(chǎn)了上萬臺(tái)。


大規(guī)模量產(chǎn)尚需時(shí)日


不過Bob Smith和Donald Godfrey等諸多霍尼韋爾人士都坦率地表示,目前3D打印技術(shù)還是用于產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)和測試產(chǎn)品,并沒有用于大批量生產(chǎn)。


霍尼韋爾在實(shí)踐后發(fā)現(xiàn),目前3D打印技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效率還不足以和傳統(tǒng)鑄造技術(shù)匹敵,大多數(shù)公司3D打印的部件是按照鑄造或加工的目的而設(shè)計(jì)的,使用增材制造理念設(shè)計(jì)部件的還不普及。


從Donald Godfrey的經(jīng)驗(yàn)來看,目前采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)部件可以節(jié)省時(shí)間,但成本更高,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(fù)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。


目前霍尼韋爾在鳳凰城、上海、印度班加羅爾和捷克布爾諾設(shè)立了3D打印技術(shù)實(shí)驗(yàn)室,進(jìn)一步測試現(xiàn)有技術(shù)的成熟度。以上海實(shí)驗(yàn)室為例,其3D打印技術(shù)能夠打印出長寬高最大為25cm、25cm、32.5cm的部件。


按照霍尼韋爾提供的資料,公司計(jì)劃到2020年實(shí)現(xiàn)40%的部件采用增材制造的理念設(shè)計(jì),也就是40%的部件都具備采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的能力。


除了霍尼韋爾,航空界還有很多機(jī)構(gòu)在嘗試運(yùn)用3D打印技術(shù)。在去年交付的A350采用了部分3D打印部件后,空客計(jì)劃今年將把3D打印的客艙隔板裝入客艙,并計(jì)劃2018年為飛機(jī)機(jī)翼裝上3D打印的擾流罩。


空客前不久還更進(jìn)一步地提出了一項(xiàng)全新的技術(shù)專利。除了飛機(jī)更輕更節(jié)省燃油外,整個(gè)機(jī)身都可以采用3D打印技術(shù)。不過,與霍尼韋爾等機(jī)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入研發(fā)程序的技術(shù)相比,這一全新的技術(shù)還遠(yuǎn)未到進(jìn)入實(shí)際研制階段,距離大規(guī)模量產(chǎn)更為遙遠(yuǎn)。


來源:21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道

編輯:IPRdaily王夢婷

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