3D打印又稱為(wei) 增材製造，是一種以數字模型文件為(wei) 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構造物體(ti) 的技術。相比傳(chuan) 統的減材製造工藝，3D打印無論從(cong) 成本可控和降低損耗，還是從(cong) 製造速度和構件精度，無疑都具有顯著優(you) 勢和無限的發展潛力，代表的是工業(ye) 製造的未來。

圖 1：達索獵鷹 20G 海上巡邏機（圖片版權：達索公司）

近年來，一些公司紛紛加大了對3D打印技術的研發投入，尤其在航空業(ye) 和汽車製造業(ye) ，這一現象已十分明顯。在本篇報道裏，讀者朋友將看到霍尼韋爾和布加迪在3D打印方麵取得的最新成果。其中，霍尼韋爾運用3D打印技術成功製成飛機發動機的關(guan) 鍵零件，布加迪更是在其新款賽車的不同部件加入了3D打印的元素。

深耕航空業(ye) ，生產(chan) 飛機發動機關(guan) 鍵零件

2021年1月，霍尼韋爾公布了2020年度10大創新科技，與(yu) 往年相比今年的創新科技也不乏亮點。入選2020年度創新科技的3D打印飛機發動機部件，是霍尼韋爾在增材製造領域取得的又一個(ge) 裏程碑式技術成果。

圖 2：布加迪新型賽車 Bolide

2020年8月，霍尼韋爾通過3D打印實現了飛機關(guan) 鍵發動機零件的生產(chan) 製造，並獲得美國聯邦航空管理局（FAA）的認證。獲得認證的零件是#4/5軸承座，是達索獵鷹20G海上巡邏機上ATF3-6渦輪風扇發動機的關(guan) 鍵結構部件。該飛機是達索公司在1950年代末與(yu) 法國南方飛機公司聯合研製的機型，當前法國海軍(jun) 仍使用該飛機進行海上巡邏和搜救任務。目前有12台ATF3-6發動機處於(yu) 裝備中。

像#4/5軸承座之類的零件，被監管機構視為(wei) 發動機正常運行的關(guan) 鍵。這些零件一旦發生故障將會(hui) 對乘客和機組人員造成重大安全隱患，還可能嚴(yan) 重損壞飛機。因此，如#4/5軸承座之類的關(guan) 鍵安全零件也麵臨(lin) 著愈加嚴(yan) 格的審查，必須先獲得FAA等監管組織的批準才能在飛機上使用。

#4/5軸承座的製造工藝複雜，再加上市場訂單需求小，導致更換零件的成本非常高。如果按照傳(chuan) 統鑄造方法生產(chan) 該零件，需要將熔融金屬倒入模具並使其硬化，在此過程中需要投入昂貴的工具成本。

然而，通過3D打印製造#4/5軸承座可以在短時間內(nei) 實現少批量生產(chan) ，並且無需昂貴的工具成本投入。工程技術人員借助3D打印技術，通過激光將金屬粉末層層熔合在一起，由下至上構建組件，以實現對整個(ge) 零件的製造。

“盡管服務的廠商很少，但霍尼韋爾負責支持和維護這些發動機。我們(men) 必須找到解決(jue) 這些供應鏈問題並保持這些飛機飛行的方法，”霍尼韋爾航空航天製造工程副總裁JonHobgood說，“我們(men) 能夠利用我們(men) 在增材製造領域的專(zhuan) 業(ye) 知識，更快地生產(chan) 合格零件，將交貨時間從(cong) 大約兩(liang) 年縮短至兩(liang) 周。”

圖 3：Bolide 賽車尾翼的安裝支架空心、輕巧，但足夠堅固結實

無論使用哪種設備，3D打印的工作原理都是通過軟件建模，將要打印的部件切割成無數層切片，在此過程中每一層實體(ti) 切片需要不斷與(yu) 電腦建模的數字切片進行對比，如果有偏差產(chan) 生就需要修正。

近年來，3D打印逐漸深入航空業(ye) 製造領域。霍尼韋爾預計從(cong) 2018年至2023年，全球航空航天業(ye) 的3D打印市場將以20.24%的複合年增長率上升。雖然航空業(ye) 最初是將3D打印技術用於(yu) 原型製作，但如今的用途已擴展到幾乎每個(ge) 方麵，包括維護、修理和大修（MRO）操作。

使用3D打印技術，客戶可以按需製造零件也意味著更少的材料浪費，同時還可以減少工具成本支出。更重要的是，3D打印可以製造出具有空心或蜂巢狀結構的輕型零件，而這些零件在傳(chuan) 統加工中很難實現。此外，3D打印的飛機零件通過了強度和耐用性的綜合測試，同時也能減輕飛機的重量，降低燃油消耗。

目前，霍尼韋爾在全球範圍內(nei) 已經建立了4個(ge) 增材製造技術中心（美國鳳凰城、印度班加羅爾、捷克布爾諾和中國上海），用於(yu) 開展3D打印飛機配件的研究工作。霍尼韋爾認為(wei) ，3D打印技術的好處不僅(jin) 僅(jin) 是製造和設計，還包括總體(ti) 運營效率。

采用SLM技術，生產(chan) 0.1mm精度級零部件

據布加迪發布公告，公司預計將在2021年10月下旬發布最新超級跑車——Bolide，屆時在這輛新車上將會(hui) 搭載公司全新的3D打印技術。Bolide賽車上由3D打印的零件主要包括有車輛前後翼的鈦合金安裝支架。

據悉，Bolide賽車的前翼支架內(nei) 部呈空心結構，壁厚僅(jin) 為(wei) 0.7mm，可承受高達800kg的空氣下壓力。在320km/h的高速狀態下，Bolide賽車尾翼承受的空氣下壓力達1.8t。公司研製的最新3D打印技術，確保其鈦合金部件具備了足夠的剛度，重量隻有幾百克。

對於(yu) 車輛前軸上的彈簧減振器元件，垂直接觸力通過推杆和搖杆傳(chuan) 遞。布加迪通過3D打印的推杆可以成功將3.5t的推力傳(chuan) 遞到搖杆，推杆和搖杆都呈空心狀結構，擁有不同壁厚。這是布加迪首次采用3D打印技術，使空心狀結構件達到局部應力的要求。布加迪應用3D打印技術，還對Bolide賽車的車輪結構件和排氣管部件進行了再設計製造，使其整車的重量減至1240kg。

作為(wei) 金屬粉末快速成型技術，SLM可以直接成型出接近完全致密度的金屬零件，無需黏結劑，加工後的部件在精度和力學性能上都能達到行業(ye) 要求。SLM是使用高功率激光束將一層金屬粉末加工熔合成型，完成熔合後，操作平台下調一個(ge) 層厚的距離，繼續加工下一層粉末，重複上述步驟，直到選定需要加工的區域全部熔鑄完成，就得到一件立體(ti) 的化合物。產(chan) 品（零件）通過逐層加工累積而成。

因為(wei) SLM的綜合性功能強，裝配時間較少，材料利用率高，廠商采用該技術可節約直接成本，縮短產(chan) 品的上市時間。另外，SLM的生產(chan) 過程靈活，適用於(yu) 產(chan) 品生命周期較短的產(chan) 品，同時對產(chan) 品形狀幾乎沒有限製，空腔、三維網格等複雜結構的零件都可以製作。更為(wei) 重要的是，由SLM加工的產(chan) 品質量可靠，機械負荷性能可與(yu) 傳(chuan) 統生產(chan) 技術（如鍛造等）相媲美。

事實上，布加迪早在2018年就成功使用3D打印技術在賽道級超級跑車Divo上製造了車輛的鰭尾燈，新款尾燈采用輕質3D打印鰭片製成，燈亮後形成獨特的光視覺效果。運用3D打印技術以實現對汽車的輕量化生產(chan) ，並隻有布加迪一家公司正在做。其他車企也在幾年前，甚至十幾年前就開始涉足3D打印領域。2020年，寶馬公司投資1500萬(wan) 歐元在德國慕尼黑建立3D打印工廠，配合汽車的研發生產(chan) 。

在2016年10月舉(ju) 辦的日本CEATEC展覽上，本田公司展示了一輛造型可愛的小型麵包車，車輛的車身麵板和後備箱結構件，都是由3D打印技術實現。而大眾(zhong) 汽車則“劍走偏鋒”，沒有像其他車企那樣將3D打印技術直接應用於(yu) 車輛製造上，而是應用於(yu) 生產(chan) 汽車的工具，如車輪保護夾具、標誌粘貼輔助器等。