3D打印又称为增材制造，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式构造物体的技术。相比传统的减材制造工艺，3D打印无论从成本可控和降低损耗，还是从制造速度和构件精度，无疑都具有显著优势和无限的发展潜力，代表的是工业制造的未来。

图 1：达索猎鹰 20G 海上巡逻机（图片版权：达索公司）

近年来，一些公司纷纷加大了对3D打印技术的研发投入，尤其在航空业和汽车制造业，这一现象已十分明显。在本篇报道里，读者朋友将看到霍尼韦尔和布加迪在3D打印方面取得的最新成果。其中，霍尼韦尔运用3D打印技术成功制成飞机发动机的关键零件，布加迪更是在其新款赛车的不同部件加入了3D打印的元素。

深耕航空业，生产飞机发动机关键零件

2021年1月，霍尼韦尔公布了2020年度10大创新科技，与往年相比今年的创新科技也不乏亮点。入选2020年度创新科技的3D打印飞机发动机部件，是霍尼韦尔在增材制造领域取得的又一个里程碑式技术成果。

图 2：布加迪新型赛车 Bolide

2020年8月，霍尼韦尔通过3D打印实现了飞机关键发动机零件的生产制造，并获得美国联邦航空管理局（FAA）的认证。获得认证的零件是#4/5轴承座，是达索猎鹰20G海上巡逻机上ATF3-6涡轮风扇发动机的关键结构部件。该飞机是达索公司在1950年代末与法国南方飞机公司联合研制的机型，当前法国海军仍使用该飞机进行海上巡逻和搜救任务。目前有12台ATF3-6发动机处于装备中。

像#4/5轴承座之类的零件，被监管机构视为发动机正常运行的关键。这些零件一旦发生故障将会对乘客和机组人员造成重大安全隐患，还可能严重损坏飞机。因此，如#4/5轴承座之类的关键安全零件也面临着愈加严格的审查，必须先获得FAA等监管组织的批准才能在飞机上使用。

#4/5轴承座的制造工艺复杂，再加上市场订单需求小，导致更换零件的成本非常高。如果按照传统铸造方法生产该零件，需要将熔融金属倒入模具并使其硬化，在此过程中需要投入昂贵的工具成本。

然而，通过3D打印制造#4/5轴承座可以在短时间内实现少批量生产，并且无需昂贵的工具成本投入。工程技术人员借助3D打印技术，通过激光将金属粉末层层熔合在一起，由下至上构建组件，以实现对整个零件的制造。

“尽管服务的厂商很少，但霍尼韦尔负责支持和维护这些发动机。我们必须找到解决这些供应链问题并保持这些飞机飞行的方法，”霍尼韦尔航空航天制造工程副总裁JonHobgood说，“我们能够利用我们在增材制造领域的专业知识，更快地生产合格零件，将交货时间从大约两年缩短至两周。”

图 3：Bolide 赛车尾翼的安装支架空心、轻巧，但足够坚固结实

无论使用哪种设备，3D打印的工作原理都是通过软件建模，将要打印的部件切割成无数层切片，在此过程中每一层实体切片需要不断与电脑建模的数字切片进行对比，如果有偏差产生就需要修正。

近年来，3D打印逐渐深入航空业制造领域。霍尼韦尔预计从2018年至2023年，全球航空航天业的3D打印市场将以20.24%的复合年增长率上升。虽然航空业最初是将3D打印技术用于原型制作，但如今的用途已扩展到几乎每个方面，包括维护、修理和大修（MRO）操作。

使用3D打印技术，客户可以按需制造零件也意味着更少的材料浪费，同时还可以减少工具成本支出。更重要的是，3D打印可以制造出具有空心或蜂巢状结构的轻型零件，而这些零件在传统加工中很难实现。此外，3D打印的飞机零件通过了强度和耐用性的综合测试，同时也能减轻飞机的重量，降低燃油消耗。

目前，霍尼韦尔在全球范围内已经建立了4个增材制造技术中心（美国凤凰城、印度班加罗尔、捷克布尔诺和中国上海），用于开展3D打印飞机配件的研究工作。霍尼韦尔认为，3D打印技术的好处不仅仅是制造和设计，还包括总体运营效率。

采用SLM技术，生产0.1mm精度级零部件

据布加迪发布公告，公司预计将在2021年10月下旬发布最新超级跑车——Bolide，届时在这辆新车上将会搭载公司全新的3D打印技术。Bolide赛车上由3D打印的零件主要包括有车辆前后翼的钛合金安装支架。

据悉，Bolide赛车的前翼支架内部呈空心结构，壁厚仅为0.7mm，可承受高达800kg的空气下压力。在320km/h的高速状态下，Bolide赛车尾翼承受的空气下压力达1.8t。公司研制的最新3D打印技术，确保其钛合金部件具备了足够的刚度，重量只有几百克。

对于车辆前轴上的弹簧减振器元件，垂直接触力通过推杆和摇杆传递。布加迪通过3D打印的推杆可以成功将3.5t的推力传递到摇杆，推杆和摇杆都呈空心状结构，拥有不同壁厚。这是布加迪首次采用3D打印技术，使空心状结构件达到局部应力的要求。布加迪应用3D打印技术，还对Bolide赛车的车轮结构件和排气管部件进行了再设计制造，使其整车的重量减至1240kg。

作为金属粉末快速成型技术，SLM可以直接成型出接近完全致密度的金属零件，无需黏结剂，加工后的部件在精度和力学性能上都能达到行业要求。SLM是使用高功率激光束将一层金属粉末加工熔合成型，完成熔合后，操作平台下调一个层厚的距离，继续加工下一层粉末，重复上述步骤，直到选定需要加工的区域全部熔铸完成，就得到一件立体的化合物。产品（零件）通过逐层加工累积而成。

因为SLM的综合性功能强，装配时间较少，材料利用率高，厂商采用该技术可节约直接成本，缩短产品的上市时间。另外，SLM的生产过程灵活，适用于产品生命周期较短的产品，同时对产品形状几乎没有限制，空腔、三维网格等复杂结构的零件都可以制作。更为重要的是，由SLM加工的产品质量可靠，机械负荷性能可与传统生产技术（如锻造等）相媲美。

事实上，布加迪早在2018年就成功使用3D打印技术在赛道级超级跑车Divo上制造了车辆的鳍尾灯，新款尾灯采用轻质3D打印鳍片制成，灯亮后形成独特的光视觉效果。运用3D打印技术以实现对汽车的轻量化生产，并只有布加迪一家公司正在做。其他车企也在几年前，甚至十几年前就开始涉足3D打印领域。2020年，宝马公司投资1500万欧元在德国慕尼黑建立3D打印工厂，配合汽车的研发生产。

在2016年10月举办的日本CEATEC展览上，本田公司展示了一辆造型可爱的小型面包车，车辆的车身面板和后备箱结构件，都是由3D打印技术实现。而大众汽车则“剑走偏锋”，没有像其他车企那样将3D打印技术直接应用于车辆制造上，而是应用于生产汽车的工具，如车轮保护夹具、标志粘贴辅助器等。