在航空航天集團組織的國際媒體日上，一些通過3D打印技術(shù)生產(chǎn)的發(fā)動機零件樣品被帶到了展示現(xiàn)場，它們看上去并不起眼，很多甚至不足一枚硬幣的大小。據(jù)了解，航空航天集團在3D打印技術(shù)領(lǐng)域的研究包括直接金屬激光燒結(jié)、電子束熔化成型、疊層實體制造技術(shù)等。

　　3D打印為航空帶來新機遇

　　“我對3D打印在航空制造業(yè)的運用感到非常興奮。這是一項很有意思的創(chuàng)新，雖然還處于初級發(fā)展階段，但就像是電腦的發(fā)展，你不知道它還會給你帶來什么樣的驚喜，”通用電氣（GE）航空集團的一位技術(shù)人員對記者說。GE航空集團是世界最大的民用和軍用飛機發(fā)動機、部件和集成系統(tǒng)制造商。在GE航空參觀的兩天里，“3D打印”是筆者聽到最多的一個詞。

　　GE航空集團總裁兼首席執(zhí)行官戴維·喬伊斯告訴記者，他對3D打印技術(shù)在航空業(yè)的應(yīng)用前景非常看好?！皩Ξa(chǎn)品設(shè)計師而言，過去他們會受到很多來自生產(chǎn)流程和制造工藝方面的限制，這是一件痛苦的事。有一些零件在沒有3D打印技術(shù)的情況下是不可能實現(xiàn)的。3D打印技術(shù)讓這些限制消失了，給了設(shè)計師們一種全新的思維方式和更大的創(chuàng)造空間。”他說。

　　目前在全世界范圍內(nèi)，GE航空和其持股50%的CFM國際公司生產(chǎn)的5.8萬臺飛機發(fā)動機正在使用中，平均每2秒鐘就有一臺由GE航空發(fā)動機提供動力的飛機起飛。2013年GE航空的銷售額為220億美元，其中32%來自于民用發(fā)動機，18%來自于軍用發(fā)動機，37%來自于發(fā)動機的后期維護服務(wù)。

　　GE航空3D打印技術(shù)研發(fā)中心負責人格雷格·莫里斯介紹說，發(fā)動機制造所需的一些零部件往往訂單量很小，只要1到100個。傳統(tǒng)制造工藝需要很長的工藝制造流程，且成本高。3D打印大大節(jié)約了生產(chǎn)時間，并且能夠生產(chǎn)出一些復(fù)雜的立體形狀。他介紹說，在CFM國際公司開發(fā)出的新一代發(fā)動機LEAP中，包括噴油嘴在內(nèi)的一些關(guān)鍵零部件就是通過3D打印制造的。他舉例說，一款手掌大小的噴油嘴，如果按照傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝，需要由20個零部件組成，而3D打印令這些零件成為一個整體，并且重量輕25%。不僅減少了大量組裝時間，由于產(chǎn)品是一體化的，噴油嘴的壽命也比原來要長5倍，降低了維護成本。

　　3D打印技術(shù)還大大減少了對勞動力的需求。在研發(fā)中心的機房里，筆者看到幾十臺機器都在工作中，卻沒有幾個工作人員。

　　莫里斯介紹說，在許多發(fā)動機的維護場所，如果配備了3D打印技術(shù)，將大大節(jié)約人力成本。莫里斯認為，隨著設(shè)備和技術(shù)的發(fā)展，未來兩到三年，3D打印的生產(chǎn)效率可能會比現(xiàn)在提高2到3倍。

　　當航空制造業(yè)遇上3D打印

　　事實上，3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀90年代中期，它是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的最新快速成型裝置。它與普通打印工作原理基本相同，打印機內(nèi)裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。這種技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。對于航空航天領(lǐng)域來說，3D打印仍然是一項非常前沿的制造技術(shù)，近幾年，全球領(lǐng)先的航空制造企業(yè)開始逐漸涉足這一技術(shù)領(lǐng)域的研究。

　　維爾·貝克告訴筆者，霍尼韋爾航空航天集團是從2010年進入該領(lǐng)域的，已經(jīng)擁有了4年的研究經(jīng)驗。目前，霍尼韋爾已經(jīng)成功地將利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)出的單晶鑄件裝配在了其TFE731-60型發(fā)動機的渦輪葉片上，這款發(fā)動機在為達索旗下的獵鷹900公務(wù)機提供動力。

　　現(xiàn)在，與高校合作成為了制造商進行3D打印技術(shù)研究的共同模式。霍尼韋爾航空航天集團就與美國的4所大學簽署了秘密的合作協(xié)議。當然，包括波音、空客等民機整機制造商也都選擇了與大學進行合作，進行3D打印技術(shù)的研究。

　　“總體來說，目前航空業(yè)界都正在對3D打印技術(shù)直接制造的金屬零件，按照飛機和發(fā)動機的設(shè)計要求進行全面的測試和驗證，以及針對3D打印技術(shù)進行設(shè)計方的優(yōu)化。”西北工業(yè)大學凝固技術(shù)國家重點實驗室副主任林鑫告訴記者。

　　值得一提的是，金屬3D打印高性能增材制造技術(shù)兼顧高精度、高性能、高柔性，可以快速制造結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜的金屬零件，為先進航空航天器的快速研發(fā)提供了有力的技術(shù)手段。今年3月14日，空客與林鑫所在的西北工業(yè)大學在西安簽署了合作協(xié)議，共同探索3D打印技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用。該項目重點研究激光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)國家重點實驗室將承擔樣件制造，空客將承擔樣件的測量和評估工作。

　　滿足航空制造未來需求

　　業(yè)內(nèi)人士公認，3D打印技術(shù)在航空制造領(lǐng)域的諸多優(yōu)勢，尤其是在設(shè)計自主性和環(huán)保方面的優(yōu)勢，滿足了航空業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最終目標。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(fù)雜構(gòu)件，制造商用傳統(tǒng)工藝無法完成，就拆為幾個件做，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。

　　維爾·貝克還告訴筆者，這些好處綜合起來，可以讓研發(fā)過程更加高效。“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(yīng)鏈節(jié)約了70%的時間”。

　　同時，空客也將3D打印技術(shù)作為飛機備件解決方案的一部分。記者從空客了解到，站在整機制造商的角度來看，3D打印技術(shù)是用來制造目前已經(jīng)停產(chǎn)，但是仍然有市場需求的飛機零部件的最具成本效益的理想技術(shù)。采用3D打印技術(shù)進行飛機零部件制造，將大大降低制造、維修以及運營的成本，并更好地保護環(huán)境。

　　確保技術(shù)成熟可靠

　　盡管技術(shù)門檻非常高，但是，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?！暗慨a(chǎn)時的一致性和穩(wěn)定性仍有待進一步提升?！绷嘱握f。不久前，有報道稱GE航空與斯奈克瑪合作，在噴油嘴的生產(chǎn)過程中采用選區(qū)激光熔化技術(shù)，并準備最晚在2016年開始全速生產(chǎn)，以每臺LEAP發(fā)動機需要10個~20個噴油嘴計算，GE每年將需要制造約25000個噴嘴。與競爭對手GE更為積極的態(tài)度相比，霍尼韋爾航空航天集團對該技術(shù)的實際應(yīng)用則顯得異常謹慎。目前，霍尼韋爾航空航天集團通過3D打印生產(chǎn)的零部件仍然只是用于適航取證的測試件，并未投入實際生產(chǎn)中。事實上，在航空制造領(lǐng)域，短時間內(nèi)，3D打印技術(shù)還無法完全替代傳統(tǒng)的制造工藝。3D打印用于大規(guī)模量產(chǎn)至少要在10年之后?！拔覀兿Ｍ麖娘L險最低的、小的零部件開始，逐步推進，并以最安全的方式進入到生產(chǎn)階段。”

　　空客也表達了相同的觀點，對于新技術(shù)的應(yīng)用，他們提倡循序漸進地開發(fā)和使用，無論是原料、工藝還是系統(tǒng)方面，都要經(jīng)過嚴格的驗證，在被確認為是成熟的且具有長期利用價值后才會投入應(yīng)用?！捌鋵崳夹g(shù)上已經(jīng)沒有問題了，但我們會更加謹慎，必須一遍又一遍地去測試，因為我們需要確保萬無一失。”

　　本報記者 余娟

關(guān)注讀覽天下微信， 100萬篇深度好文， 等你來看……