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3D打印又稱為增材制造，是一種以數字模型文件為基礎，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的技術。相比傳統的減材制造工藝，3D打印無論從成本可控和降低損耗，還是從制造速度和構件精度，無疑都具有顯著優勢和無限的發展潛力，代表的是工業制造的未來。

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，尤其在航空業和汽車制造業，這一現象已十分明顯。在本篇報道里，讀者朋友將看到霍尼韋爾和布加迪在3D打印方面取得的最新成果。其中，霍尼韋爾運用3D打印技術成功制成飛機發動機的關鍵零件，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，生產飛機發動機關鍵零件

2021年1月，霍尼韋爾公布了2020年度10大創新科技，與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，是霍尼韋爾在增材制造領域取得的又一個里程碑式技術成果。

圖 2：布加迪新型賽車 Bolide

2020年8月，霍尼韋爾通過3D打印實現了飛機關鍵發動機零件的生產制造，并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鍵結構部件。該飛機是達索公司在1950年代末與法國南方飛機公司聯合研制的機型，當前法國海軍仍使用該飛機進行海上巡邏和搜救任務。目前有12臺ATF3-6發動機處于裝備中。

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

#4/5軸承座的制造工藝復雜，再加上市場訂單需求小，導致更換零件的成本非常高。如果按照傳統鑄造方法生產該零件，需要將熔融金屬倒入模具并使其硬化，在此過程中需要投入昂貴的工具成本。

然而，通過3D打印制造#4/5軸承座可以在短時間內實現少批量生產，并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，以實現對整個零件的制造。

“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。我們必須找到解決這些供應鏈問題并保持這些飛機飛行的方法，”霍尼韋爾航空航天制造工程副總裁JonHobgood說，“我們能夠利用我們在增材制造領域的專業知識，更快地生產合格零件，將交貨時間從大約兩年縮短至兩周。”

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切片需要不斷與電腦建模的數字切片進行對比，如果有偏差產生就需要修正。

近年來，3D打印逐漸深入航空業制造領域。霍尼韋爾預計從2018年至2023年，全球航空航天業的3D打印市場將以20.24%的復合年增長率上升。雖然航空業最初是將3D打印技術用于原型制作，但如今的用途已擴展到幾乎每個方面，包括維護、修理和大修（MRO）操作。

使用3D打印技術，客戶可以按需制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打印可以制造出具有空心或蜂巢狀結構的輕型零件，而這些零件在傳統加工中很難實現。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，霍尼韋爾在全球范圍內已經建立了4個增材制造技術中心（美國鳳凰城、印度班加羅爾、捷克布爾諾和中國上海），用于開展3D打印飛機配件的研究工作。霍尼韋爾認為，3D打印技術的好處不僅僅是制造和設計，還包括總體運營效率。

采用SLM技術，生產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后翼的鈦合金安裝支架。

據悉，Bolide賽車的前翼支架內部呈空心結構，壁厚僅為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。公司研制的最新3D打印技術，確保其鈦合金部件具備了足夠的剛度，重量只有幾百克。

對于車輛前軸上的彈簧減振器元件，垂直接觸力通過推桿和搖桿傳遞。布加迪通過3D打印的推桿可以成功將3.5t的推力傳遞到搖桿，推桿和搖桿都呈空心狀結構，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制造，使其整車的重量減至1240kg。

作為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，加工后的部件在精度和力學性能上都能達到行業要求。SLM是使用高功率激光束將一層金屬粉末加工熔合成型，完成熔合后，操作平臺下調一個層厚的距離，繼續加工下一層粉末，重復上述步驟，直到選定需要加工的區域全部熔鑄完成，就得到一件立體的化合物。產品（零件）通過逐層加工累積而成。

因為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，縮短產品的上市時間。另外，SLM的生產過程靈活，適用于產品生命周期較短的產品，同時對產品形狀幾乎沒有限制，空腔、三維網格等復雜結構的零件都可以制作。更為重要的是，由SLM加工的產品質量可靠，機械負荷性能可與傳統生產技術（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上制造了車輛的鰭尾燈，新款尾燈采用輕質3D打印鰭片制成，燈亮后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，并只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1500萬歐元在德國慕尼黑建立3D打印工廠，配合汽車的研發生產。

在2016年10月舉辦的日本CEATEC展覽上，本田公司展示了一輛造型可愛的小型面包車，車輛的車身面板和后備箱結構件，都是由3D打印技術實現。而大眾汽車則“劍走偏鋒”，沒有像其他車企那樣將3D打印技術直接應用于車輛制造上，而是應用于生產汽車的工具，如車輪保護夾具、標志粘貼輔助器等。