霍尼韦尔：增材制造领域隐秘的大咖实践者

去年，霍尼韦尔首次使用3D打印技术生产出了HTF7000发动机的一个部件, 这一发动机型号广泛应用于一系列中远程公务机，包括在国内较为常见的达索猎鹰、庞巴迪挑战者、湾流等机型。今年，公司还计划将6-7个3D打印部件装入TPE331发动机。

尽管技术门槛非常高，但如今3D打印在航空制造业的研究已经开始由最初的实验室阶段逐步向实际使用阶段过渡。作为其全球计划的重要组成部分，霍尼韦尔已于2014在上海设立了增材制造技术中心，和全球其它实验室一起，正在增材领域进行积极而富有成效的探索。

卓有成效的实践

霍尼韦尔航空航天集团是从2010年进入3D打印领域的。2010年6月，霍尼韦尔首次采用718镍合金3D打印了一个切向注入喷嘴(TOBI)，并将其安装在了霍尼韦尔飞行试验台上。2012年1月，霍尼韦尔使用同种材料打印了旋流发生器，并在客户的飞行试验台上进行了测试。

霍尼韦尔是第一家使用电子束熔炼(EBM)技术(3D打印技术的一种)，利用铬镍铁合金718这种镍基超合金生产航空航天零部件的企业。电子束熔炼技术使用的是电子束，而非被称为直接金属激光烧结(DMLS)的多次金属烧结/熔化过程中发现的激光束。

“电子束熔炼技术的优势有四个方面，不需要模具，可以减少时间成本，任何金属材质都可以加工，并且能够支持各种复杂的几何结构，设计上更为灵活。”霍尼韦尔资深工程师Donald Godfrey介绍。

3D打印飞机配件，不仅可以降低制造成本，还可以缩短生产和交付时间。比如霍尼韦尔首次使用3D打印技术生产HTF7000镍基超合金发动机的管腔，就有望降低50%的制造成本。过去，通过传统工艺研制涡轮叶片的样件需要3年的时间，而如果采用了3D打印技术则仅需短短9周，与过去相比，为整个供应链节约了70%的时间。

“成本的节约来自于几个方面：一是在设计上可以将8个不同部件编号组合成只有1个部件编号;二是3D打印技术可以帮助航空制造商减少工装模具的使用，在生产少量样件时，设计也可以更加灵活，这使得生产零部件的固定投入成本大幅下降。”Donald Godfrey介绍，比如，用3D打印技术生产的燃烧室保护罩就可以降低40%的成本。此外，通过该技术还可以减轻零件的重量，这直接关系到飞机的燃油经济性。过去，对于大型复杂构件，制造商用传统工艺无法完成，就拆为几个部件，然后再进行组合，如今3D打印可以实现零部件一次成型，这不仅增加了零部件的强度，同时也减轻了零部件的重量。此外，3D打印技术还有助于提升零部件质量，提高流通合格率，减少库存。

大批量生产尚需时日

不过，包括Donald Godfrey在内的多位霍尼韦尔人士都表示，目前3D打印技术还主要用于产品原型设计和样品测试，并没有用于大批量生产。

Donald Godfrey指出，目前采用3D打印技术生产部件可以节省时间，但成本更高，需要技术更广泛地推开才能降低成本。此外，航空器的组装过程也较为复杂，3D打印技术还不足以代替传统的组装程序，一些3D打印技术能够支持的部件大小有限。

“目前，增材制造在经济效率上还不能与更具经济型的简易铸造技术相匹敌。” Donald Godfrey告诉记者，不过，在未来几年，霍尼韦尔等公司将开始打印而非铸造小批量但高价值的部件。“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。”

如今，霍尼韦尔正在四个增材制造技术中心开展3D打印飞机配件的研究，这四个技术中心分别位于美国凤凰城、印度班加罗尔、捷克布尔诺和中国上海。其中，上海的实验室可以打印出长宽高最大为25cm、25cm、32.5cm的部件。公司计划到2020年实现40%的部件都具备采用3D打印技术生产的能力。

上海增材制造中心：布局亚太，放眼全球

2014年，霍尼韦尔亦在上海设立了增材制造技术中心，向亚太市场提供快速原型和快速模具的服务，并跟其他的全球试验室一样，还专注于增材制造技术的研究。

霍尼韦尔在增材领域的计划可以用“野心勃勃”来形容，它的重点业务分为三大块（如下图所示）：技术中心、模具、生产中心。在技术中心领域，着重于研发领域的支持，包括政府支持，配套项目、新材料、独特性能研究，并通过原型开发加快产品进入市场领域的时间，更多的设计迭代，更多的制造设计；模具方面，可用于直接生产，使得供应链变短（取代铸造），提供连续的支持；在生产中心，实现针对于增材制造技术优势的设计开发以挖掘设计价值潜力，并更好地保护设计，缩短供应链，减少库存，并通过规模定制化实现商业转型。

霍尼韦尔上海在2015年取得了很大的成功，典型的案例是最近的涡轮增压器原型项目，这带来了平均65%的原型制作时间的减少。这些涡轮增压器的原型本来是需要外包给供应商来制造的，通过霍尼韦尔自己的试验室来制作，使得成本也大大减少。而这些外包费用减少将在2016年达到目前的三倍，而随着霍尼韦尔上海对整个亚太区在原型的支持量上升，其费用节约将更加客观。

图：霍尼韦尔上海试验室的涡轮压缩机外壳的多个设计迭代研究

除了减少供应商提供原型制造的需求，霍尼韦尔上海增材制造中心现在正在扩大不同的产品线设计组织，如横跨亚太地区的备品备件和生产服务。这将进一步提高霍尼韦尔公司上下对增材制造的认识，减少研发的预算开支，并开发出更多的优化设计。

图：上海增材制造团队帮助霍尼韦尔保持国际竞争力

与其他的霍尼韦尔增材制造全球试验室合作，上海团队作为一个关键队员，在开发新的材料，新兴技术领域推动整个公司的研发发展。

霍尼韦尔在增材制造领域取得多个第一：

－2010年6月：第一家将3D打印的镍基718高温合金零件送入Honeywell Flight Test Bed航空测试

－2012年1月:第一家将3D打印的镍基718高温合金零件送入Customer Flight Test Bed航空测试

－2012年:第一家3D打印镍基738高温合金零件用于旋转涡轮增压器产品线

－第一家3D打印镍基超合金Mar-M-247涡轮叶片

－第一家通过EBM技术制造镍基718合金零件

－获得将复杂、退火处理的3D打印零件通过化学处理的专利

－第一家在全球建立增材制造全球试验室（中国、印度，欧洲和美国）

－第一家通过陶瓷增材制造用于涡轮发动机的高精度单晶叶片制造

霍尼韦尔增材制造路线图

而眼前取得的这么多的第一的成就，相比与霍尼韦尔在增材制造领域的长期规划还仅仅处在山脚下的水平，下一步，霍尼韦尔将拓展增材制造Design for AM 在生产领域的应用，2020年后这一比例将占到增材制造用途的40％。

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