3D打印并非萬能鑰匙

今年的里約因為奧運會成為焦點。而在里約的一個藝術展中，被譽為古代文明七大奇跡之一的奧林匹亞宙斯神像從天而降，成為另一個熱點。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”兩千多年的時光隧道，“復原”在這21世紀的今天的“法寶”——3D打印技術。

　　3D打印，或者更為專業的名稱“增材制造技術”已經不再是一個陌生的詞匯，這個誕生于20世界90年代的新技術發展到今天已經被廣泛應用到建筑、工程、醫療、汽車、工業設計和航空航天，甚至珠寶、藝術等諸多領域。“宙斯的穿越”就是一個很好的例證。

　　“的確，增材制造技術的快速建模、快速成型可以大大提高產品的設計周期或者生產周期，更重要的是，它可以‘打印’出、或者說制造出傳統工藝無法做到的產品設計。這是很有意思的，也是我們航空航天引入增材制造技術的重要原因。”霍尼韋爾科技事業部航空航天中國研發中心總經理徐軍說。

　　“不過有的時候，3D打印機也不是那么地配合，它似乎。。。”霍尼韋爾科技事業部航空航天中國研發中心增材制造工程項目經理Alexandre Baudot半開玩笑地說道，“似乎不太友好 ，要為難我們一下。”

　　目前，他正帶領3D打印熱交換器項目組進行技術攻堅，他所說的“為難”，也就是他們與3D打印機半年多來的“斗智斗勇”。

　　“熱交換器最大的挑戰在于它里面的翅片非常薄，只有不到0.2毫米。而3D打印機能夠穩定發揮的極致是0.3-0.4毫米，這是機器本身的一個限制，同時也因為金屬粉末在高能激光燒結下會發生膨脹，冷卻后會有點收縮，因此跟理論值會產生誤差。所以說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。應該說，是我們先‘為難’它了。”郭鑫是霍尼韋爾在科技事業部航空航天中國研發中心3D打印實驗室的機械工程師，也是這個項目的主要成員之一。在加入霍尼韋爾之前，他的工作只與2D打印有關。有機會學習3D打印的技術，是他加入霍尼韋爾的原因。

　　這個項目的另一位主要成員是竇娟，高級機械設計工程師。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3D打印實驗室之前，她與之有關的經驗為零。

　　“沒有什么秘訣，就是不斷地學習、接受各種培訓，我拿到支撐設計資格證書的時候，還是有點小小的自豪的。支撐設計對3D打印至關重要。設計得太復雜不利于打印，也會給打印完成之后的移除帶來巨大的工作量和成本。但是設計得不到位，打印就會失敗。3D打印并不像打印紙張那樣，放進一張紙，紙就會從打印機里吐出來。由于它是一個三維立體的東西，它需要先打印在一個底座上才行，而底座和這個物件之間，就需要一個支撐。”竇娟說起3D打印的設計支撐，還是帶著一些小小的自豪和激情的。

　　從年初到現在，這個項目組已經進行了6次“設計試驗（DoE, Design of Experiment）”。每一次的試驗從計劃、設計、打印、移除支撐到測量和測試功能，大約10天左右的時間。突破，發生在第2次試驗之后。竇娟和郭鑫分別從支撐設計和3D打印機的參數和功能設置上找到了可行的解決辦法，并且在第3次試驗開始嘗試不同的組合，以期找到最完美的“配方”，攻克這一技術難關。

　　“熱交換器是我們機械元件產品組合中的重要元件之一。傳統制造工藝使這種產品的設計和打樣需要投放很高的成本，更換翅片設計更是需要在模具上耗費相當的成本。一種翅片的工期從生產到裝配，短則半年，長則一年。更重要的是傳統工藝生產熱交換器的成品率相當低，只有85%。因此，我們十分期待有朝一日，這樣的產品能夠通過3D打印技術來生產。”在Alexandre、竇娟和郭鑫的眼中，與3D打印機“斗智斗勇”并不是一件痛苦的事情，相反，他們覺得每一次的嘗試，都是往這個目標更邁進了一步。

　　“你們看這個，這是我們剛剛成功打印的一個工具，”Alexandre拿起一個精巧的棘輪扳手展示在我們眼前，“這個扳手里面的棘輪是與整個扳手一起打印出來的，是一個很好的3D打印設計案例。我們已經為此申請了專利。”介紹這個產品時，Alexandre顯得很自豪。

　　“最近，我們還啟動了與國內一所知名大學的合作，期待在3D打印設計方面有所突破。也許將來的某一天，你所看到的熱交換器不再是這樣四四方方的。事實上，如果我們在設計階段，就把容易打印、較低的成本、相同的甚至更好的產品性能進行綜合考慮，3D打印也許真的可以做到隨心所欲。同時，對于航空航天業而言，在保證相同性能的前提下減輕產品的重量，哪怕一磅，也會起到至關重要的作用。”

　　霍尼韋爾是業界將3D打印，即增材制造技術引入航空航天業的領先者。其在中國的3D打印實驗室于2014年建成，全球其它三個實驗室分別位于美國、印度和捷克。

　　目前，這個項目組還在不斷地嘗試中體驗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的勝利，真正實現用3D打印技術生產飛機零部件還有很長的一段路要走，甚至充滿了未知。但是，他們在技術和知識上積累的一點一滴，他們實現的各種突破，都將成為后來者向前邁進的基石。