今年的巴西里約因奧運會成為焦點。而在里約的一個藝術展覽中，被譽為古代文明七大奇跡之一的奧林匹亞宙斯神像成為另一個熱點。令參觀者景仰的不僅是宙斯這位眾神之首，更是讓宙斯神像復原的“法寶”———3D打印。
不僅在藝術領域，3D打印技術也在改變著航空航天這類高精尖產業(yè)。專家指出，關鍵零部件加工難、特殊材料利用率低等是長期以來制約航空航天發(fā)展的重要因素。3D打印快速成型的特性使其成為航空航天領域未來最具潛力的技術之一。
3D打印應用廣泛
3D打印是一種快速成型技術，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。或者更為專業(yè)的名稱“增材制造技術”。
這項技術誕生于上個世紀90年代，目前已經(jīng)被廣泛應用到建筑、工程、醫(yī)療、汽車、工業(yè)設計和航空航天，甚至珠寶、藝術等諸多領域。上文提到的“宙斯的穿越”就是一個很好的例證。
“的確，增材制造技術的快速建模、快速成型可以大大縮短產品的設計周期或者生產周期，更重要的是，它可以打印出或者說制造出傳統(tǒng)工藝無法做到的產品設計。這是很有意思的，也是航空航天引入增材制造技術的重要原因。”霍尼韋爾科技事業(yè)部航空航天中國研發(fā)中心總經(jīng)理徐軍說。
作為將3D打印技術引入航空航天業(yè)的領先者，霍尼韋爾在中國的3D打印實驗室于2014年建成，全球其它三個實驗室分別位于美國、印度和捷克。自2010年起，霍尼韋爾就開始深耕3D打印領域，積累了豐富的研究經(jīng)驗，并成功地將3D打印技術生產出的零件裝配在了飛機發(fā)動機上。
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。三年后，霍尼韋爾則使用電子束熔煉（EBM）技術，利用鉻鎳鐵合金718材料生產了HTF7000發(fā)動機的管腔。
與傳統(tǒng)制造方式相比，3D打印在航空航天裝備制造方面優(yōu)勢頗多。首先，3D打印的加工過程則不受零件復雜程度所限，這與航空航天裝備關鍵零部件的外形和內部結構通常較為復雜的特點相吻合。其次，3D打印技術可以輕松地加工高熔點、高硬度的高溫合金、鈦合金等難加工的航空航天裝備關鍵零部件材料，且3D打印加工過程中對材料的利用相對充分，可以顯著降低制造成本等。
尚有難關待破
不過，3D打印使用中還有一些難關待攻克。以金屬3D打印為例，多被用于機械制造和航空航天工程中形狀復雜的零件制造，對技術指標要求極高。正因如此，“有的時候，3D打印機也不是那么配合。”霍尼韋爾科技事業(yè)部航空航天中國研發(fā)中心增材制造工程項目經(jīng)理AlexandreBaudot說道，“它似乎不太友好，要為難我們一下。”目前，他正帶領3D打印熱交換器項目組進行技術攻堅，他所說的“為難”，也就是他們與3D打印機半年多來的“斗智斗勇”。
“熱交換器最大的挑戰(zhàn)在于它里面的翅片非常薄，只有不到0.2毫米。而3D打印機能夠穩(wěn)定發(fā)揮的極致是0.3-0.4毫米，這是機器本身的一個限制，同時也因為金屬粉末在高能激光燒結下會發(fā)生膨脹，冷卻后會有點收縮，因此會和理論值產生誤差。所以說它不可能做到完全地讓你隨心所欲地打出想要多薄就多薄的東西。應該說，是我們先‘為難’它了。”郭鑫是霍尼韋爾在科技事業(yè)部航空航天中國研發(fā)中心3D打印實驗室的機械工程師，也是這個項目的主要成員之一。在加入霍尼韋爾之前，他的工作只與2D打印有關。有機會學習3D打印技術，是他加入霍尼韋爾的原因。
這個項目的另一位主要成員是高級機械設計工程師竇娟。與郭鑫不同，她在霍尼韋爾工作了九年多。但相同的是，加入這個3D打印實驗室之前，她與此有關的經(jīng)驗為零。“沒有什么秘訣，就是不斷地學習、接受各種培訓，我拿到支撐設計資格證書的時候，還是有點小小的自豪的。”竇娟說。
支撐設計對3D打印至關重要。設計得太復雜不利于打印，也會給打印完成之后的移除帶來巨大的工作量和成本。但是設計得不到位，打印就會失敗。3D打印并不像打印紙張那樣，放進一張紙，紙就會從打印機里吐出來。由于它是一個三維立體的東西，它需要先打印在一個底座上才行，而底座和這個物件之間，就需要一個支撐。竇娟說起3D打印的設計支撐，還是帶著一些小小的自豪。
從年初到現(xiàn)在，這個項目組已經(jīng)進行了6次“設計試驗”。每一次的試驗從計劃、設計、打印、移除支撐到測量和測試功能，大約10天左右的時間。突破，發(fā)生在第2次試驗之后。竇娟和郭鑫分別從支撐設計和3D打印機的參數(shù)和功能設置上找到了可行的解決辦法，并且在第3次試驗開始嘗試不同的組合，以期找到最完美的“配方”，攻克難關。
項目組認為，熱交換器是機械元件產品組合中的重要元件之一。傳統(tǒng)制造工藝使這種產品的設計和打樣需要投入很高的成本，更換翅片設計更是需要在模具上耗費相當?shù)某杀尽Ｒ环N翅片的工期從生產到裝配，短則半年，長則一年。更重要的是傳統(tǒng)工藝生產熱交換器的成品率相當?shù)停挥?/span>85%。“因此，我們十分期待有朝一日，這樣的產品能夠通過3D打印技術來生產。”在項目組看來，與3D打印機“斗智斗勇”并不是一件痛苦的事情，相反，他們覺得每一次的嘗試，都往目標邁進了一步。
專家指出，航空航天作為3D打印技術的首要應用領域，其技術優(yōu)勢明顯，但是這絕不是意味著金屬3D打印是無所不能的，在實際生產中，其技術應用還有很多亟待決絕的問題。目前3D打印還無法適應大規(guī)模生產，滿足不了高精度需求，無法實現(xiàn)高效率制造等。而且，制約3D打印發(fā)展的一個關鍵因素就是其設備成本的居高不下。但隨著材料技術，計算機技術以及激光技術的不斷發(fā)展，制造成本將會不斷降低，3D打印將會在制造領域綻放光芒。 今年的巴西里約因奧運會成為焦點。而在里約的一個藝術展覽中，被譽為古代文明七大奇跡之一的奧林匹亞宙斯神像成為另一個熱點。令參觀者景仰的不僅是宙斯這位眾神之首，更是讓宙斯神像復原的“法寶”———3D打印。
不僅在藝術領域，3D打印技術也在改變著航空航天這類高精尖產業(yè)。專家指出，關鍵零部件加工難、特殊材料利用率低等是長期以來制約航空航天發(fā)展的重要因素。3D打印快速成型的特性使其成為航空航天領域未來最具潛力的技術之一。
3D打印應用廣泛
3D打印是一種快速成型技術，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。或者更為專業(yè)的名稱“增材制造技術”。
這項技術誕生于上個世紀90年代，目前已經(jīng)被廣泛應用到建筑、工程、醫(yī)療、汽車、工業(yè)設計和航空航天，甚至珠寶、藝術等諸多領域。上文提到的“宙斯的穿越”就是一個很好的例證。
“的確，增材制造技術的快速建模、快速成型可以大大縮短產品的設計周期或者生產周期，更重要的是，它可以打印出或者說制造出傳統(tǒng)工藝無法做到的產品設計。這是很有意思的，也是航空航天引入增材制造技術的重要原因。”霍尼韋爾科技事業(yè)部航空航天中國研發(fā)中心總經(jīng)理徐軍說。
作為將3D打印技術引入航空航天業(yè)的領先者，霍尼韋爾在中國的3D打印實驗室于2014年建成，全球其它三個實驗室分別位于美國、印度和捷克。自2010年起，霍尼韋爾就開始深耕3D打印領域，積累了豐富的研究經(jīng)驗，并成功地將3D打印技術生產出的零件裝配在了飛機發(fā)動機上。
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。三年后，霍尼韋爾則使用電子束熔煉（EBM）技術，利用鉻鎳鐵合金718材料生產了HTF7000發(fā)動機的管腔。
與傳統(tǒng)制造方式相比，3D打印在航空航天裝備制造方面優(yōu)勢頗多。首先，3D打印的加工過程則不受零件復雜程度所限，這與航空航天裝備關鍵零部件的外形和內部結構通常較為復雜的特點相吻合。其次，3D打印技術可以輕松地加工高熔點、高硬度的高溫合金、鈦合金等難加工的航空航天裝備關鍵零部件材料，且3D打印加工過程中對材料的利用相對充分，可以顯著降低制造成本等。
尚有難關待破
不過，3D打印使用中還有一些難關待攻克。以金屬3D打印為例，多被用于機械制造和航空航天工程中形狀復雜的零件制造，對技術指標要求極高。正因如此，“有的時候，3D打印機也不是那么配合。”霍尼韋爾科技事業(yè)部航空航天中國研發(fā)中心增材制造工程項目經(jīng)理AlexandreBaudot說道，“它似乎不太友好，要為難我們一下。”目前，他正帶領3D打印熱交換器項目組進行技術攻堅，他所說的“為難”，也就是他們與3D打印機半年多來的“斗智斗勇”。
“熱交換器最大的挑戰(zhàn)在于它里面的翅片非常薄，只有不到0.2毫米。而3D打印機能夠穩(wěn)定發(fā)揮的極致是0.3-0.4毫米，這是機器本身的一個限制，同時也因為金屬粉末在高能激光燒結下會發(fā)生膨脹，冷卻后會有點收縮，因此會和理論值產生誤差。所以說它不可能做到完全地讓你隨心所欲地打出想要多薄就多薄的東西。應該說，是我們先‘為難’它了。”郭鑫是霍尼韋爾在科技事業(yè)部航空航天中國研發(fā)中心3D打印實驗室的機械工程師，也是這個項目的主要成員之一。在加入霍尼韋爾之前，他的工作只與2D打印有關。有機會學習3D打印技術，是他加入霍尼韋爾的原因。
這個項目的另一位主要成員是高級機械設計工程師竇娟。與郭鑫不同，她在霍尼韋爾工作了九年多。但相同的是，加入這個3D打印實驗室之前，她與此有關的經(jīng)驗為零。“沒有什么秘訣，就是不斷地學習、接受各種培訓，我拿到支撐設計資格證書的時候，還是有點小小的自豪的。”竇娟說。
支撐設計對3D打印至關重要。設計得太復雜不利于打印，也會給打印完成之后的移除帶來巨大的工作量和成本。但是設計得不到位，打印就會失敗。3D打印并不像打印紙張那樣，放進一張紙，紙就會從打印機里吐出來。由于它是一個三維立體的東西，它需要先打印在一個底座上才行，而底座和這個物件之間，就需要一個支撐。竇娟說起3D打印的設計支撐，還是帶著一些小小的自豪。
從年初到現(xiàn)在，這個項目組已經(jīng)進行了6次“設計試驗”。每一次的試驗從計劃、設計、打印、移除支撐到測量和測試功能，大約10天左右的時間。突破，發(fā)生在第2次試驗之后。竇娟和郭鑫分別從支撐設計和3D打印機的參數(shù)和功能設置上找到了可行的解決辦法，并且在第3次試驗開始嘗試不同的組合，以期找到最完美的“配方”，攻克難關。
項目組認為，熱交換器是機械元件產品組合中的重要元件之一。傳統(tǒng)制造工藝使這種產品的設計和打樣需要投入很高的成本，更換翅片設計更是需要在模具上耗費相當?shù)某杀尽Ｒ环N翅片的工期從生產到裝配，短則半年，長則一年。更重要的是傳統(tǒng)工藝生產熱交換器的成品率相當?shù)停挥?/span>85%。“因此，我們十分期待有朝一日，這樣的產品能夠通過3D打印技術來生產。”在項目組看來，與3D打印機“斗智斗勇”并不是一件痛苦的事情，相反，他們覺得每一次的嘗試，都往目標邁進了一步。
專家指出，航空航天作為3D打印技術的首要應用領域，其技術優(yōu)勢明顯，但是這絕不是意味著金屬3D打印是無所不能的，在實際生產中，其技術應用還有很多亟待決絕的問題。目前3D打印還無法適應大規(guī)模生產，滿足不了高精度需求，無法實現(xiàn)高效率制造等。而且，制約3D打印發(fā)展的一個關鍵因素就是其設備成本的居高不下。但隨著材料技術，計算機技術以及激光技術的不斷發(fā)展，制造成本將會不斷降低，3D打印將會在制造領域綻放光芒。
