今年的里約因?yàn)閵W運(yùn)會(huì)成為焦點(diǎn)。而在里約的一個(gè)藝術(shù)展中，被譽(yù)為古代文明七大奇跡之一的奧林匹亞宙斯神像從天而降，成為另一個(gè)熱點(diǎn)。然而，參觀者需要景仰的不僅是這眾神之首，更是讓宙斯“穿越”兩千多年的時(shí)光隧道，“復(fù)原”在這21世紀(jì)的今天的“法寶”——3D打印技術(shù)。
3D打印，或者更為專(zhuān)業(yè)的名稱(chēng)“增材制造技術(shù)”已經(jīng)不再是一個(gè)陌生的詞匯，這個(gè)誕生于20世界90年代的新技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到建筑、工程、醫(yī)療、汽車(chē)、工業(yè)設(shè)計(jì)和航空航天，甚至珠寶、藝術(shù)等諸多領(lǐng)域。“宙斯的穿越”就是一個(gè)很好的例證。
“的確，增材制造技術(shù)的快速建模、快速成型可以大大提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期或者生產(chǎn)周期，更重要的是，它可以‘打印’出、或者說(shuō)制造出傳統(tǒng)工藝無(wú)法做到的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。這是很有意思的，也是我們航空航天引入增材制造技術(shù)的重要原因。”霍尼韋爾科技事業(yè)部航空航天中國(guó)研發(fā)中心總經(jīng)理徐軍說(shuō)。
“不過(guò)有的時(shí)候，3D打印機(jī)也不是那么地配合，它似乎。。。”霍尼韋爾科技事業(yè)部航空航天中國(guó)研發(fā)中心增材制造工程項(xiàng)目經(jīng)理Alexandre Baudot半開(kāi)玩笑地說(shuō)道，“似乎不太友好 ，要為難我們一下。”
目前，他正帶領(lǐng)3D打印熱交換器項(xiàng)目組進(jìn)行技術(shù)攻堅(jiān)，他所說(shuō)的“為難”，也就是他們與3D打印機(jī)半年多來(lái)的“斗智斗勇”。
“熱交換器最大的挑戰(zhàn)在于它里面的翅片非常薄，只有不到0.2毫米。而3D打印機(jī)能夠穩(wěn)定發(fā)揮的極致是0.3-0.4毫米，這是機(jī)器本身的一個(gè)限制，同時(shí)也因?yàn)榻饘俜勰┰诟吣芗す鉄Y(jié)下會(huì)發(fā)生膨脹，冷卻后會(huì)有點(diǎn)收縮，因此跟理論值會(huì)產(chǎn)生誤差。所以說(shuō)它不可能做到完全地讓你隨心所欲地打出想要多薄就多薄的東西。應(yīng)該說(shuō)，是我們先‘為難’它了。”郭鑫是霍尼韋爾在科技事業(yè)部航空航天中國(guó)研發(fā)中心3D打印實(shí)驗(yàn)室的機(jī)械工程師，也是這個(gè)項(xiàng)目的主要成員之一。在加入霍尼韋爾之前，他的工作只與2D打印有關(guān)。有機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)3D打印的技術(shù)，是他加入霍尼韋爾的原因。
這個(gè)項(xiàng)目的另一位主要成員是竇娟，高級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)工程師。與郭鑫不同，她在霍尼韋爾工作了九年多，而與他相同的是，加入這個(gè)3D打印實(shí)驗(yàn)室之前，她與之有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)為零。
“沒(méi)有什么秘訣，就是不斷地學(xué)習(xí)、接受各種培訓(xùn)，我拿到支撐設(shè)計(jì)資格證書(shū)的時(shí)候，還是有點(diǎn)小小的自豪的。支撐設(shè)計(jì)對(duì)3D打印至關(guān)重要。設(shè)計(jì)得太復(fù)雜不利于打印，也會(huì)給打印完成之后的移除帶來(lái)巨大的工作量和成本。但是設(shè)計(jì)得不到位，打印就會(huì)失敗。3D打印并不像打印紙張那樣，放進(jìn)一張紙，紙就會(huì)從打印機(jī)里吐出來(lái)。由于它是一個(gè)三維立體的東西，它需要先打印在一個(gè)底座上才行，而底座和這個(gè)物件之間，就需要一個(gè)支撐。”竇娟說(shuō)起3D打印的設(shè)計(jì)支撐，還是帶著一些小小的自豪和激情的。
從年初到現(xiàn)在，這個(gè)項(xiàng)目組已經(jīng)進(jìn)行了6次“設(shè)計(jì)試驗(yàn)（DoE, Design of Experiment）”。每一次的試驗(yàn)從計(jì)劃、設(shè)計(jì)、打印、移除支撐到測(cè)量和測(cè)試功能，大約10天左右的時(shí)間。突破，發(fā)生在第2次試驗(yàn)之后。竇娟和郭鑫分別從支撐設(shè)計(jì)和3D打印機(jī)的參數(shù)和功能設(shè)置上找到了可行的解決辦法，并且在第3次試驗(yàn)開(kāi)始嘗試不同的組合，以期找到最完美的“配方”，攻克這一技術(shù)難關(guān)。
“熱交換器是我們機(jī)械元件產(chǎn)品組合中的重要元件之一。傳統(tǒng)制造工藝使這種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和打樣需要投放很高的成本，更換翅片設(shè)計(jì)更是需要在模具上耗費(fèi)相當(dāng)?shù)某杀?。一種翅片的工期從生產(chǎn)到裝配，短則半年，長(zhǎng)則一年。更重要的是傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)熱交換器的成品率相當(dāng)?shù)?，只?5%。因此，我們十分期待有朝一日，這樣的產(chǎn)品能夠通過(guò)3D打印技術(shù)來(lái)生產(chǎn)。”在Alexandre、竇娟和郭鑫的眼中，與3D打印機(jī)“斗智斗勇”并不是一件痛苦的事情，相反，他們覺(jué)得每一次的嘗試，都是往這個(gè)目標(biāo)更邁進(jìn)了一步。
“你們看這個(gè)，這是我們剛剛成功打印的一個(gè)工具，”Alexandre拿起一個(gè)精巧的棘輪扳手展示在我們眼前，“這個(gè)扳手里面的棘輪是與整個(gè)扳手一起打印出來(lái)的，是一個(gè)很好的3D打印設(shè)計(jì)案例。我們已經(jīng)為此申請(qǐng)了專(zhuān)利。”介紹這個(gè)產(chǎn)品時(shí)，Alexandre顯得很自豪。
“最近，我們還啟動(dòng)了與國(guó)內(nèi)一所知名大學(xué)的合作，期待在3D打印設(shè)計(jì)方面有所突破。也許將來(lái)的某一天，你所看到的熱交換器不再是這樣四四方方的。事實(shí)上，如果我們?cè)谠O(shè)計(jì)階段，就把容易打印、較低的成本、相同的甚至更好的產(chǎn)品性能進(jìn)行綜合考慮，3D打印也許真的可以做到隨心所欲。同時(shí)，對(duì)于航空航天業(yè)而言，在保證相同性能的前提下減輕產(chǎn)品的重量，哪怕一磅，也會(huì)起到至關(guān)重要的作用。”
霍尼韋爾是業(yè)界將3D打印，即增材制造技術(shù)引入航空航天業(yè)的領(lǐng)先者。其在中國(guó)的3D打印實(shí)驗(yàn)室于2014年建成，全球其它三個(gè)實(shí)驗(yàn)室分別位于美國(guó)、印度和捷克。
目前，這個(gè)項(xiàng)目組還在不斷地嘗試中體驗(yàn)成功與失敗交織的味道，而他們的成功也僅僅代表著前期試驗(yàn)的勝利，真正實(shí)現(xiàn)用3D打印技術(shù)生產(chǎn)飛機(jī)零部件還有很長(zhǎng)的一段路要走，甚至充滿(mǎn)了未知。但是，他們?cè)诩夹g(shù)和知識(shí)上積累的一點(diǎn)一滴，他們實(shí)現(xiàn)的各種突破，都將成為后來(lái)者向前邁進(jìn)的基石。
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