3D打印并非萬能鑰匙

今年的里約因?yàn)閵W運(yùn)會成為焦點(diǎn)。而在里約的一個藝術(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，或者更為專業(yè)的名稱“增材制造技術(shù)”已經(jīng)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(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、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、或者說制造出傳統(tǒng)工藝無法做到的產(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)部航空航天中國研發(fā)中心總經(jīng)理徐軍說。

　　“不過有的時候，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)部航空航天中國研發(fā)中心增材制造工程項(xiàng)目經(jīng)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(lǐng)3D打印熱交換器項(xiàng)目組進(jìn)行技術(shù)攻堅(jiān)，他所說的“為難”，也就是他們與3D打印機(jī)半年多來的“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)器本身的一個限制，同時也因?yàn)榻饘俜勰┰诟吣芗す鉄Y(jié)下會發(fā)生膨脹，冷卻后會有點(diǎn)收縮，因此跟理論值會產(chǎn)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(yīng)該說，是我們先‘為難’它了。”郭鑫是霍尼韋爾在科技事業(yè)部航空航天中國研發(fā)中心3D打印實(shí)驗(yàn)室的機(jī)械工程師，也是這個項(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)會學(xué)習(xí)3D打印的技術(shù)，是他加入霍尼韋爾的原因。

　　這個項(xiàng)目的另一位主要成員是竇娟，高級機(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3D打印實(shí)驗(yàn)室之前，她與之有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)為零。

　　“沒有什么秘訣，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)資格證書的時候，還是有點(diǎn)小小的自豪的。支撐設(shè)計(jì)對3D打印至關(guān)重要。設(shè)計(jì)得太復(fù)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(shè)計(jì)得不到位，打印就會失敗。3D打印并不像打印紙張那樣，放進(jìn)一張紙，紙就會從打印機(jī)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(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、移除支撐到測量和測試功能，大約10天左右的時間。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)某杀尽Ｒ环N翅片的工期從生產(chǎn)到裝配，短則半年，長則一年。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)停挥?5%。因此，我們十分期待有朝一日，這樣的產(chǎn)品能夠通過3D打印技術(shù)來生產(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，他們覺得每一次的嘗試，都是往這個目標(biāo)更邁進(jìn)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(shè)計(jì)案例。我們已經(jīng)為此申請了專利。”介紹這個產(chǎn)品時，Alexandre顯得很自豪。

　　“最近，我們還啟動了與國內(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，如果我們在設(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，對于航空航天業(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。其在中國的3D打印實(shí)驗(yàn)室于2014年建成，全球其它三個實(shí)驗(yàn)室分別位于美國、印度和捷克。

　　目前，這個項(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)零部件還有很長的一段路要走，甚至充滿了未知。但是，他們在技術(shù)和知識上積累的一點(diǎn)一滴，他們實(shí)現(xiàn)的各種突破，都將成為后來者向前邁進(jìn)的基石。