从实验室到正式启航-霍尼韦尔航空的工程师谈3D打印
霍尼韦尔航空（Honeywell Aerospace）是全球领先的航空航天制造业企业，为航空航天行业提供航空电子设备、航空发动机和服务解决方案。从初涉3D打印技术至今，霍尼韦尔在美国、墨西哥、中国、印度、捷克建立了3D打印实验室，进行了大量金属3D打印零部件和材料的测试，最终优化出获得美国联邦航空管理局、航空业客户认可的金属3D打印流程，为3D打印零部件从实验室中一个个小小的试验品，成长为可以伴随飞机飞向蓝天的零部件奠定了基础。
霍尼韦尔的工程师Donald Godfrey 从3D打印技术的应用，该技术为霍尼韦尔带来的效益，霍尼韦尔在探索3D打印技术过程中遇到的挑战等方面，分享了3D打印技术在霍尼韦尔航空生根、发芽、结果的历程。本期，3D科学谷就与谷友一起分享这个来之不易的历程。
打印工艺、材料和流程的全面探索
霍尼韦尔开启金属3D打印航空零部件的历史可以追溯到2010年，那时第一个金属3D打印的零部件是一个带喷嘴的718镍基高温合金部件，该部件被安装在了一架测试的飞机中。在接下来的2年中，霍尼韦尔又测试了大量的金属3D打印零部件，包括2012年打印的发电机部件。
2015年1月，霍尼韦尔成为第一家使用EBM 电子束熔融3D打印技术制造718镍基高温合金零部件的航空制造企业。霍尼韦尔在该零部件的设计上进行了突破，该零件原本由8个组件组成，重新设计之后变为一个整体的零部件。3D科学谷认为，这体现了3D打印技术灵活性的优势，即当选择3D打印技术作为制造技术的时候，在零部件的设计上需要作出的妥协更少，传统方式需要若干个组件进行组合或者焊接而成的零件，3D打印一次就可以完成，有效节约零件重量和材料。除了对于金属3D打印技术的探索，霍尼韦尔还为带复杂内部通道、冷却通道的金属3D打印零部件的化学处理技术申请了专利。
对于要求严苛的航空制造业来说，对金属打印粉末材料和打印过程的严格把关和管理也至关重要。霍尼韦尔投入了大量时间优化整个金属3D打印流程，包括金属打印粉末的生产和储存设施，打印过程监测和后处理。霍尼韦尔建立的这套金属3D打印流程，在得到霍尼韦尔内部工程部门、美国联邦航空管理局和航空业用户三方面的共同认可或批准之后才投入使用。在获得批准的历程中，对金属粉末供应商的审核尤其严格，为此，霍尼韦尔不仅需要选择高质量的粉末材料，还需要对如何接收、储存、加载粉末，如何回收利用粉末建立档案，并提交给美国联邦航空管理局。
图片来源：3ders.org
谈到金属3D打印技术为霍尼韦尔带来的效益，Donald Godfrey 表示单纯从生产成本这个角度来看，金属3D打印技术与传统制造技术相比并不具有特殊优势，传统制造技术并不会完全被金属3D打印技术取代。那么，霍尼韦尔为什么还要投入大量精力探索金属3D打印技术呢？Donald Godfrey以霍尼韦尔投入使用的Arcam EBM 金属3D打印技术为例解释了这个问题。该技术的优势在于能够生产十分复杂的金属零部件，此外，由于无需使用模具来制造最终零部件，工程师可以随时对产品进行迭代，十分灵活。
Donald Godfrey 表示，使用金属3D打印技术直接制造复杂零部件，为霍尼韦尔节省了大量模具制造成本和制造时间。除了使用金属3D打印技术直接制造金属零部件，霍尼韦尔还利用3D打印砂模技术进行小批量高价值零件的快速铸造。使用砂模3D打印技术，小批量的铸件在1周之内就可以生产出来，最快的甚至在1天之内就可以生产出来，这为霍尼韦尔节省了大量的时间。
谈到金属3D打印技术在生产中的挑战，Donald Godfrey 表示，以EBM 3D打印设备为例，设备在作业时的温度保持在1900华氏度（约1038摄氏度）以上，在取出打印零部件之前设备需经过约8小时的冷却，这一时间需要计算在生产时间之内。激光熔化3D打印设备也需要冷却时间，但是这个时间要稍短一些。
无论如何，霍尼韦尔已准备让金属3D打印技术走出实验室，正式应用在航空制造中。目前，他们正在印度Bangalore的3D打印实验室中测试金属粉末，该粉末材料将用于打印1000个金属零部件。霍尼韦尔还将突破目前金属3D打印材料种类的限制，尝试将超过40种新型金属3D打印粉末材料应用在航空制造中。铝和镍的3D打印应用尤其受到重视，霍尼韦尔将用它们3D打印TPE331引擎中的7个零部件。
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