從不斷突破到全面的制造革命-GE 高管談3D打印技術(shù)的三大加速器

“讓我們想象一下，未來的某天我們可以在需要的時間和地點3D打印出飛機引擎中的一個關(guān)鍵零部件。制造這個零部件就如同在辦公室里面打印一個文件那樣方便、簡單。雖然這些在今天聽起來不可思議，但是每天發(fā)生在3D打印領(lǐng)域中的驚人突破讓我覺得這一天的到來比想象的更早！”
                                                                                                                                              —Christine Furtoss
                                                                                                                                              GE 全球研發(fā)中心副總裁兼技術(shù)總監(jiān)

就像Christine所說的那樣，3D打印領(lǐng)域總是誕生驚人的突破，每一次突破都給人們帶來新的希望。然而3D打印要從一種不斷的突破技術(shù)轉(zhuǎn)變成一場全面的制造革命，需要借助三大加速器。本期，3D科學(xué)谷就與谷友分享一下，GE 高管眼中的3D打印技術(shù)加速器是什么，GE 公司在這些方面又做了哪些工作？

· 設(shè)備、材料和生態(tài)圈
不論是對3D打印工廠和設(shè)備的投入，還是在3D打印技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用方面付出的努力，GE 都可謂是3D打印技術(shù)的先行者。GE曾通過長達(dá)10多年的探索將飛機發(fā)動機噴油嘴的設(shè)計進(jìn)行不斷的優(yōu)化、測試、再優(yōu)化，最終將噴油嘴的部件數(shù)量從20多個減少為單個整體的零部件，并通過金屬3D打印技術(shù)實現(xiàn)了該零部件的制造。通常這種復(fù)雜的零部件無法通過其他傳統(tǒng)的方式生產(chǎn)出來。目前這款3D打印的噴油嘴已成功的安裝在了CFM LEAP 飛機發(fā)動機中。這款發(fā)動機已經(jīng)通過波音和空客的無數(shù)次飛行測試。

GE 3D打印的噴油嘴

通過優(yōu)化的設(shè)計方案和3D打印技術(shù)，GE不僅改善了噴油嘴容易過熱和積碳的問題，還將噴油嘴的使用壽命提高了5倍, 最終將提高GE 公司生產(chǎn)的LEAP發(fā)動機的性能。3D科學(xué)谷認(rèn)為這一過程將3D打印技術(shù)的價值提到了一個新的里程碑，不再局限于制造成本高低、生產(chǎn)速度快慢的討論層面，而是包括發(fā)動機燃料效率提升在內(nèi)的綜合價值。Christine 指出，燃料效率每提高一個百分點就能為航空業(yè)潛在節(jié)省數(shù)十億美元。具有里程碑意義的3D打印噴油嘴，僅僅是GE 增材制造戰(zhàn)略的開始。GE 計劃到2025年，超過20%的零部件生產(chǎn)將應(yīng)用3D打印技術(shù)。

近期, GE 在與America Makes和美國國家增材制造研究所這兩個3D打印領(lǐng)域中重要的機構(gòu)進(jìn)行了合作交流，在交流中三方探討了實現(xiàn)3D打印從不斷突破到成為一場全面制造革命的關(guān)鍵因素。Christine將其總結(jié)為設(shè)備、材料和生態(tài)圈三個方面。

目前，3D打印機已經(jīng)能夠用可靠、可重復(fù)的方式生產(chǎn)零部件。在金屬零部件的制造方面，直接金屬激光熔融技術(shù)（DMLM）已經(jīng)可以可靠地制造出噴油嘴這樣設(shè)計更復(fù)雜的整體式零部件。GE公司在三個地方安裝了DMLM3D打印機，包括紐約尼什卡納的研究實驗室、匹茲堡的增材技術(shù)進(jìn)步中心和、GE航空在阿拉巴馬州奧本的3D打印生產(chǎn)工廠。 接下來，3D打印設(shè)備需要解決的挑戰(zhàn)是以更快的速度打印出更多種類、更大尺寸的零件，以推動3D打印技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛使用。

· 新材料開發(fā)和應(yīng)用的研究
除了3D打印機的升級，拓展更豐富的3D打印材料也是推動3D打印技術(shù)走向廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。GE正致力于為3D打印開發(fā)一些新的金屬材料，并計劃建立一個數(shù)百種材料的數(shù)據(jù)庫。為加快對3D打印材料性能的理解和掌握，GE 已在全球研究中心建立了新的增材材料實驗室，負(fù)責(zé)編寫3D打印材料配方手冊。

GE 增材材料實驗室的負(fù)責(zé)人曾表示，金屬3D打印過程猶如烘焙蛋糕，只有使用正確的配方、合適的烘焙材料，為烤爐設(shè)置一定的溫度和時間才能做出美味的蛋糕。用金屬3D打印制造零部件也是一樣的道理，GE增材材料實驗室編寫的3D打印材料配方手冊就像是一本3D打印零部件的“烘焙手冊”，包括一些列材料科學(xué)、零部件設(shè)計和設(shè)備控制策略。GE 增材材料實驗室與3D打印工廠相互配合，測試新材料的屬性并探索新材料的3D打印工藝。


· 以軟件、互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的生態(tài)圈
包括GE在內(nèi)的許多公司已經(jīng)開始通過云計算和互聯(lián)網(wǎng)眾包平臺進(jìn)行新產(chǎn)品的設(shè)計和研發(fā)。通過設(shè)計軟件、互聯(lián)網(wǎng)這樣的數(shù)字化載體，全球范圍內(nèi)的設(shè)計師、工程師、甚至是3D打印設(shè)備被聯(lián)系在了一起，為新產(chǎn)品設(shè)計和研發(fā)提供解決方案，在此基礎(chǔ)上3D打印的生態(tài)圈逐漸形成。Christine表示生態(tài)圈影響力的大小將決定3D打印技術(shù)革命性的大小，3D打印技術(shù)要真正掀起一場全面的制造革命需要借助強大生態(tài)圈的力量。

來源：3D科學(xué)谷