10%-30%的性能提升！50%的成本！50%的开发时间！3D打印喷气发动机新时代！

| 3DScienceValley · 2024/03/25

正如3D科学谷在《3D打印与工业制造》一书中谈到的：“我们总是陷入将3D打印与传统制造方法进行一对一比较的误区，原因在于我们很容易忽略3D打印技术不是在生产和原来一样的零件，而是生产完全不一样的零件，不一样的形状，不一样的材料，不一样的性能。” 我们看到，正是这些“完全不一样的零件” ，为航空发动机的设计创新带来了广阔空间。

近日，从全新的设计概念到成功测试，仅用了 16 个月的时间，美国一家名为Beehive Industries的公司正在证明增材制造时代已经到来！

▲ 3D打印喷气发动机零件
© Beehive Industries

新推进系统

Beehive Industries 的新型涡轮喷气发动机演示机首次在该公司丹佛总部的定制测试室中启动。这家美国航空航天和国防制造商大量采用了增材制造技术，该公司表示，这一重要里程碑是在创纪录的时间内实现的，从 16 个月前的全新设计概念到 13 个月后在测试单元中完全组装的测试，Beehive Industries 的新型涡轮喷气发动机可以以 50% 的成本、一半的设计和制造时间提供 10% 至 30% 的性能提升，预示着新推进系统的开发未来。

▲ 下一代喷气发动机
© Beehive Industries

Beehive Industries建立了深厚的增材制造专业知识和能力，Beehive Industries 背后的理念是汇集跨界领域的专家，在增材制造和推进系统之间架起一座桥梁，并在组织的各个层面拥有丰富的传统喷气发动机设计经验。

正如Materialise玛瑞斯创始人Fried Vancraen所言：“从一开始，我就意识到了3D打印的一个真理——它将会是一场“长久的革命”。至今，我仍然坚持这个信念，因为它完美地概括了这项技术的增长潜力，以及它对各个行业和整个社会的影响。”

3D打印给喷气发动机的设计与制造带来的革命是深刻的。通过建立100% 位于美国的垂直整合供应链，Beehive Industries近 95% 的设计、测试和制造均在内部完成。

▲ 下一代喷气发动机
© Beehive Industries

Beehive Industries的丹佛总部拥有两个定制的发动机测试室，其主要重点是专门设计的无人驾驶应用，例如无人机。考虑到发动机的每个部件都可能出现问题，因此，对于无人驾驶应用来说，在全球网络中的依赖性越少，意味着供应链就越安全，增材制造需要更少的零件，从而大规模降低对复杂的全球化供应链的依赖风险。

增材制造的另一个不为人知的好处是可以向前部署，释放快速创新的力量，一旦锁定设计并成功3D打印和测试，实现规模化和离散动制造就相对容易。与依赖铸造厂和专业劳动力的传统制造不同，增材制造不依赖于这些规模化特定的设施，从而不被供应链所在的地点所束缚。此外，与铸造厂不同，移动3D打印机和金属粉末相对容易。例如，仅需Beehive Industries当前三个工厂之一的一小部分，每年就可以生产近 2,500 台发动机。

Beehive Industries还在开发可3D打印超级合金，以满足增强功能和性能的需求。对于大多数应用，增材制造商使用更传统的材料，例如镍合金 718 和625，这些材料具有高度可焊接性，然而，这些传统合金存在局限性，包括强度和耐热性。为了解决这些限制，Beehive 正在采用新的超级合金用于增材制造工艺。

交叉学科

根据3D科学谷，3D打印迈向产业化的过程中遇到了一系列的难题，其中包括：通过信息管理系统来管理增材制造数据流；工艺可重复性、零件到零件的可重复性；成熟的认证和质量检测方法。可以说任何一个零件，要实现从0到1的3D打印，再实现从1到n的产业化生产，都需要经历一个不断突破的过程。

当前AM-增材制造零件的复杂⼏何形状、⼩批量和 AM的其他特殊性使得后处理和⾃动化⽣产具有挑战性。因此，后处理占整个零件成本的很⼤一部分。有限的材料选择以及缺乏认证是其他约束增材制造发展的因素。

跨界学科知识与经验的融合，是应对挑战和推动增材制造发展的有效途径。

3D科学谷了解到，通过汇集原本可能被孤立的专家，Beehive Industries建立了一支强大的跨学科团队，其中包括冶金学家、工程专家以及其他带来独特理解或方法的专家。通过将这种多样性的经验和观点汇集在一起，这家公司正在研究具有更高性能和具有挑战性的可焊性的合金，Beehive Industries可以定制金属的微观结构并有可能抑制其破裂，这为新型、更好的增材制造3D打印高温合金打开了大门。

到目前为止，这家公司发布了三种新型高温合金：一种是 Mar-M 509，目前已有多家客户正在使用，其次是 Inconel 939 和 Mar-M 247。