粉末床激光熔化（L-PBF）金属3D打印技术凭借在复杂结构制造中的优势，在高附加值功能集成高温合金零件制造中备受重视，尤其是在制造集成先进冷却结构的高温合金零部件领域发挥了传统技术难以发挥的作用。此外，发动机高温组件通常是非常昂贵的，L-PBF工艺能够减少材料浪费，并能够缩短交期，使制造商从库存管理中受益。然而，L-PBF进行高温合金增材制造仍存在挑战，例如由于强烈的温度梯度导致亚稳态的化学、结构和机械状态，从而产生影响性能的冶金缺陷。

镍基合金是传统制造工艺常用的高温合金材料，例如IN738、IN713和MarM247。但由于传统镍基高温合金材料的化学性质与激光熔化3D打印技术并不兼容，因为它们不能对快速的热梯度变化做出很好的响应，并且实际上不可能控制焊接过程中的开裂量，因此这些合金材料更多是使用冷却速率相对较低的铸造方法加工的。

航空航天制造用户如果希望应用L-PBF 3D打印技术提升高温应用的竞争优势，找到专门适用于这一3D打印技术并且不损害结构完整性的高温合金材料就成为关键的一环。根据 的市场观察，霍尼韦尔所开展的新型镍基高温合金材料-ABD®-900AM的测试工作，正是在推动高温合金的增材制造应用。

为增材制造而优化的材料

 高抗裂性与高致密度

ABD®-900AM是Alloyed 面向粉末床激光熔化3D打印技术开发的一种镍基高温合金材料，用于高强度和/或中等蠕变能力的部件的增材制造。静态强度接近铸造IN-713C的强度。该材料就以下几点进行了优化：

优化

• 900°C时的强度
• 抗应变和凝固裂纹
• 抗氧化

ABD®-900AM3D打印的燃烧室样件。来源：aero-mag

ABD®-900AM的增材制造应用包括：静态航空航天发动机部件、热交换器、具有内部冷却要求的组件。

L-PBF工艺3D打印打印的CM247LC®，718合金和ABD®-900AM的裂纹长度和分布图。来源：Alloyed

根据Alloyed的技术资料，通过使用L-PBF 3D打印技术对ABD®-900AM材料进行性能评估表明，与增材制造中常用的合金相比，ABD®-900AM 具有更高强度和可制造性，并显示出高抗裂性和99.9％的密度。

经过热处理的3D打印合金718和ABD®-900AM机械性能评估。来源：Alloyed

对ABD®-900AM与718合金的机械性能进行了比较。在高于800摄氏度时，ABD®-900AM的屈服应力至少提高30％，蠕变温度能力最高提高100摄氏度。

 从材料到工艺的多维度测试

霍尼韦尔进行了一系列测试，以确认和优化合金的性能，并获得了一些非常积极的结果。测试从以下几点展开。

l 可制造性

重点是评估ABD®-900AM镍基高温合金材料在L-PBF 增材制造时的合金性能，以及这一过程中产生的热梯度是否会损害最终零件的完整性。霍尼韦尔在德国 EOS 金属3D打印系统中试用了各种测试几何形状，并进行了组件规模测试，发现在打印条件下无裂纹导致的变形，测试零件具有良好的表面光洁度。

l 粉末可回收性

当考虑使用金属增材制造工艺的经济性时，能够对为熔化粉末进行再利用是一个重要因素。霍尼韦尔对回收再利用粉末进行了测试，与新粉末相比，回收粉末制成的零件的性能没有明显变化。

l 后处理能力

3D打印零件通常需要进行后处理，后处理工艺可能会影响材料的机械性能，进而影响零件的功能。真空热处理和热等静压（HIP）常被用于消除金属3D打印零件的内部空隙，霍尼韦尔也进行了相应测试，在经过后处理的ABD®-900AM 材料3D打印零件上未发现“焊后”裂纹。

l 拉伸试验

霍尼韦尔进行了ASTM标准拉伸试验，测量了两个构建方向的拉伸强度、断裂强度、最大延伸率和427°C至927°C之间的面积减小。该测试表明测试点具有良好的可重复性，ABD®-900AM 材料的高温强度与传统铸造镍合金相当。

l 低周疲劳测试

低循环疲劳（LCF）是低循环耐久性测试，其中组件经受机械循环塑性应变，从而在短周期内导致疲劳失效。霍尼韦尔在650°C下对ABD®-900AM材料进行了低循环疲劳测试，结果表明，没经过热等静压处理的ABD®-900AM 材料零件比经过热等静压处理的718合金具有更好的性能。

霍尼韦尔与Alloyed之间的工作结果表明，ABD®-900AM的焊接和熔融性良好。尽管由于氧化性能ABD®900AM材料在大多数情况下不能代替铸造用CM Mar-247材料，但与Mar 247、IN792、IN713或IN738相比，它在高温下确实具有非常好的机械性能。

Review

根据 的市场观察，镍基高温合金3D打印已与下一代航空航天发动机、燃气轮机制造结下了“不解之缘”，通过改变设计与制造逻辑提升发动机高温部件的性能。

 一体化叶盘

研发领域，国际上ACAM-亚琛增材制造中心的研发成员，来自亚琛工业大学数字化增材生产DAP的涡轮机械专家与Fraunhofer弗劳恩霍夫生产技术研究所IPT合作一体化叶盘由镍基超级合金IN 718制成，研究人员成功地为叶盘开发了L-PBF 3D打印制造工艺，还应用了点阵晶格结构来支撑构建过程中的部件，使得后期需要去除的材料显著减少，并且避免了铣削过程中的振动。

 燃烧器

霍尼韦尔在刚获得的专利中披露了通过3D打印技术开发双壁燃烧器的细节。与常规的双壁结构不同，霍尼韦尔开发的双壁结构将冲击冷却和喷射冷却组合成单个结构。用于从热侧壁传导热量并减小热梯度，从而减轻了平面应力。这种设计还提供了最小的占地面积，相对于传统的双壁结构，潜在地减轻了重量。

燃气涡轮发动机中实施的双壁热段结构的一部分的剖视图。来源：US10775044B2

图中双壁结构300（第一壁，第二壁和基座）是一体化的结构，使用选区激光熔化增材制造工艺来制造，双壁结构通过镍基高温合金制造，可以在形成冲击冷却孔308和喷射冷却通道312之后施加涂层和或隔热涂层。

 热交换器

L-PBF 3D打印技术还在催生下一代热交换器的发展，2019年GE宣布与马里兰大学和橡树岭国家实验室合作研发UPHEAT超高性能换热器，在两年半内完成开发计划，实现更高效的能量转换和更低的排放。GE希望新型换热器将在超过900°C的温度和高于250 bar的压力下运行，超临界CO2动力循环的热效率提高4％，在提高动力输出的同时减少排放。材料方面，这种新型换热器将利用独特的耐高温，抗裂的镍基超合金，这是GE研究团队为增材制造工艺而设计的材料。该热交换器包括多个增材制造方法，使流体通道尺寸较小，具有较薄的壁而形成的流体通路，以及具有错综复杂的形状，这些热交换器使用先前传统的制造方法无法制造出来。

 功能集成的核心机

涡轮机制造企业 Sierra Turbines 对于微型涡轮提出了设计优化目标，并通过L-PBF 3D打印技术实现这些目标。

通过使用制造商VELO3D的金属增材制造（AM）技术，Sierra Turbines将关键组件的零件数量从61个减少到1个，并且还获得了许多重要的性能提升。这款核心机所采用的3D打印材料为镍超合金，是许多大型燃气轮机燃烧室的首选材料。增材制造使Sierra Turbines能够获得复杂的设计功能，以提高热效率和获得更长的维修间隔，这是前所未有的突破。

 预混合器

西门子成功地为SGT-A05航改式燃气轮机降低了排放量，通过3D打印干式低排放（DLE）预混合器获得了令人印象深刻的结果，显示出可显着降低CO排放。这一成就进一步巩固了西门子世界领先的增材制造创新应用以及其能源领域的地位。

西门子开发的SGT-A05燃气轮机的3D打印干式低排放（DLE）预混合器。来源：西门子

西门子通过3D打印制造这种特定燃气轮机部件所取得的成就是显着的。从概念到发动机测试，开发只用了七个月，这对于需要如此严格的公差并且在高负载和温度下工作的组件而言是令人印象深刻的。DLE预混合器非常复杂，使用传统的铸造和CNC机加工制造方法涉及20多个零件。通过使用西门子合格的镍基超级合金作为增材制造材料，3D打印预混合器部件仅需要两个部件组成，并且交付周期减少了约70％。

DLE预混合器的3D打印使西门子能够简化生产过程中的复杂性，减少供应链中的外部依赖性，并改善组件的几何形状，从而实现更好的燃料 – 空气混合。

制造是镍基高温合金等超级合金应用的“致命弱点”，而如果没有通过铸件机加工进行冗长而昂贵的减法制造，就无法获得结构上良好的机械性能。而3D打印可以有效地制造复杂的结构，这些结构通常很难实现，例如在以上 Review 中我们回顾的叶盘、内部集成冷却通道的部件、点阵结构。[1]

但多数常规镍基高温合金无法从精密铸造工艺过渡到3D打印技术中使用，因为这些材料是针对铸造等传统工艺进行优化的。由于3D打印过程的快速重复热循环，可以通过成分计算数据驱动的方式设计出针对3D打印工艺参数的新成分，从而针对增材制造的高冷却速率调整微观结构和性能。因此，面向增材制造工艺对镍基高温合金材料进行优化，减轻其冶金缺陷，推出适合3D打印的合金材料，在推动高温合金增材制造应用过程中起到重要作用。[1]

霍尼韦尔测试的3D打印镍基合金材料将在航空发动机等领域的增材制造中发挥怎样的作用， 将保持关注。

参考资料：

[1] Chinnapat Panwisawas et.al. Metal 3D printing as a disruptive technology for superalloys. Nature Communications,2327 (2020) .

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实现双壁结构一体化

涡轮风扇燃气涡轮发动机通常包括例如五个主要部分：风扇部分、压缩机部分、燃烧器部分、涡轮部分和排气部分。风扇部分通常位于发动机的入口部分，风扇将来自周围环境的空气引入发动机中并将该空气的一部分朝着压缩机部分加速。引入风扇部分的空气的其余部分被加速进入旁通气室，然后从排气部分出来。

来源： 《3D打印与航空发动机白皮书2.0》

压缩机部分使从风扇部分接收的空气的压力升高，压缩空气然后被引导到燃烧部分。在燃烧段燃料和空气混合物在燃烧器中点燃，形成燃烧气体。

 双壁冷却方法的精进

为了提高发动机效率，燃气涡轮发动机的设计者和制造不断的提高发动机内的工作温度。在这些不断升高的温度下，有效地冷却燃烧器并仍然保持足够的残余气流以控制排放和出口温度变得越来越困难。为了解决该困难，霍尼韦尔已经开发了双壁冷却方法以降低燃烧器壁的温度。

双壁冷却方法使用具有滑动接头和嵌件的常规钣金结构，这种方法已证明可以降低壁温，但也存在某些缺点。例如，它容易受到制造公差的影响，从而导致冷却或压降变化。因此，需要开发新的更加高效的用于燃烧器和其他双壁热段结构的冷却方法，降低对制造公差的敏感性。借力3D打印，霍尼韦尔开发了带双壁冷却燃烧器解决了这一需求。

燃气涡轮发动机中实施的双壁热段结构的一部分的剖视图。来源：US10775044B2

图中双壁结构300（第一壁，第二壁和基座）是一体化的结构，使用选区激光熔化增材制造工艺来制造，双壁结构通过镍基高温合金制造，可以在形成冲击冷却孔308和喷射冷却通道312之后施加涂层和或隔热涂层。

燃气涡轮发动机中实施的双壁热段结构的一部分的剖视图。来源：US10775044B2

 结构一体化实现带来的新空间

与常规的双壁结构不同，霍尼韦尔开发的双壁结构将冲击冷却和喷射冷却组合成单个结构。用于从热侧壁传导热量并减小热梯度，从而减轻了平面应力。这种设计还提供了最小的占地面积，相对于传统的双壁结构，潜在地减轻了重量。

每个基座具有至少一个面向居间腔的外表面，并且每个基座具有主轴线，并且绕着其主轴线延伸穿过居间腔。冲击冷却孔延伸穿过第二壁以允许冷却空气流进入居间腔。每个排出冷却通道具有入口和出口，多个基座中的每个基座并位于第一壁内表面上。每个喷射冷却通道与多个基座中的一个不同，并且相对于其相关联的主轴线以预定角度设置。

Review

如ACAM中国王晓燕在《3D打印助力动力装备发展报告 》提到的，为了简化理解3D打印在动力零件的应用逻辑，可以把动力装备的发展要求概括为亮点：爆发力强、安全性高。而3D打印释放了设计与制造的自由度，通过优化燃料与空气的混合比，提升动力装备的动能；另一方面，通过3D打印冷却通道或者是铜金属，提升了动力装备的快速散热性能，获得更高的安全性。

 冷却，无处不在

根据UTC的专利US10400674B2，UTC联合技术开发了一种新的燃气涡轮发动机的燃烧器区段的冷却燃料喷射器系统。将3D打印应用到复杂的VESL血管结构的制造。燃料喷射器系统部件内部包含了血管工程（VESL）结构，VESL结构设置在燃料喷射器系统部件的壁之间，并且VESL结构由空隙围绕，空隙被配置成用于使第二冷却流体围绕VESL结构的节点和分支通过。

不仅仅是UTC通过3 D打印获得了燃料喷射器制造的创新，根据 的市场研究，此前GE为了平衡燃烧器的整体排放性能和热效率，将燃料喷射器的一部分通过衬里向内径延伸到燃烧气体流场中。然而，这种方法将燃料喷射器暴露在热燃烧气体中，可能会影响组件的机械寿命和导致燃料焦炭积累。根据 的市场研究，GE通过3D打印技术改进了用于将燃料喷射器延伸到燃烧气体流场中的冷却系统。

GE于2017年1月24日获批的专利包括燃料喷射器主体，包括确定主体包括冷却通道的三维建模信息，将三维建模切分成多个切片横断层，并通过电子束融化技术将各层熔化凝固起来，从而制造出燃料喷射器主体。根据 的市场研究，该系统包括通过燃烧室限定燃烧气流路径的衬里、通过衬里延伸的燃料喷射器开口和燃料喷射器。

正是这些积极的探索，推动了3D打印在飞机制造领域的深化，并催生了令人赞叹的应用技术。延伸阅读请参考 发布的《3D打印发动机白皮书》，《3D打印与高温合金白皮书》。

参考来源：US10775044B2

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而有趣的是，3D打印在霍尼韦尔的各项技术中正在扮演越来越重要的角色。

3D打印推动下一代飞机技术进步

根据霍尼韦尔，早在2016年，巴西航空工业公司推出了新一代E-Jet系列飞机，这一系列的飞机配备了全球领先的创新客机驾驶舱。该驾驶舱基于霍尼韦尔航空航天集团业内领先的Primus® Epic驾驶舱技术，该综合驾驶舱系统包括成套的硬件和软件解决方案，涵盖导航、通讯和显示系统，为巴航工业的这款最新型窄体中程客机提供多方位支持。

正如视频中所看到的，作为霍尼韦尔Primus Epic 集成驾驶舱的核心功能之一，SmartView® 综合视景系统首创地形、障碍物和机场跑道的三维图像显示，增强飞行员和机组人员的情境感知能力，提升飞行安全性、燃油效率以及乘客的飞行体验。凭借SmartView，飞行员能在飞行全程对飞机外部保持“清晰的视野”，即使在夜间或是恶劣天气条件下也不例外。

E-Jet E2系列飞机所配备的集成驾驶舱是基于Primus Epic的升级版，升级版系统支持多项最新技术，包括：

SmartView®综合视景系统可提供外部环境的大幅三维彩色综合图像，显著提高飞行员的情境感知能力，从而提升飞行安全及效率。

IntuVue®三维气象雷达是目前业内首个，也是唯一的商用自动雷达系统。该系统能精准显示飞行路径上的天气状况，并提供前方最远60海里范围内的湍流探测，这一探测距离远超其它系统50％。这款雷达的最新版本还具有预测冰雹和闪电的功能。

下一代飞行管理系统具有图形化飞行规划功能，能够自动制定从A点到B点的飞行计划。该系统具有一流的飞行规划、航线引导和进近模式选择等功能，可使飞行员减少低头察看仪表的时间，并最小化数据输入错误的风险。

霍尼韦尔中央维护计算机（CMC）包括当今在同类产品中最先进的飞机中央维护计算机系统。目前，航空公司不仅能利用其强大功能诊断飞机故障，还能够主动预测系统潜在问题，从而减少停飞时间。

增强型近地警告系统（EGPWS）由霍尼韦尔首创，该系统通过监测飞机附近的地形和障碍物，有效预防可控飞行撞地事故。

SmartRunway®智能跑道系统和SmartLanding®智能着陆系统是增强型近地警告系统（EGPWS）的软件升级，可改善飞行员的情境感知能力，减少跑道侵入和冲偏出的风险。该系统在滑行、起飞、进近、着陆和滑出过程中为飞机提供精准的定位，并在飞机进近过高、过快或存在设置错误时向机组提供音频和可视化提示。

而在炫酷的技术背后是制造的支撑技术的提升，霍尼韦尔增材制造技术中心的总部位于美国亚利桑那州凤凰城。最早的时候，霍尼韦尔首次使用3D打印技术生产出了HTF7000发动机的一个部件，这一发动机型号广泛应用于一系列中远程公务机，包括在较为常见的达索猎鹰、庞巴迪挑战者、湾流等机型。

根据环球网，霍尼韦尔航空航天集团是从2010年进入3D打印领域的。2010年6月，霍尼韦尔首次采用718镍合金3D打印了一个切向注入喷嘴（TOBI），并将其安装在了霍尼韦尔飞行试验台上。2012年1月，霍尼韦尔使用同种材料打印了旋流发生器，并在客户的飞行试验台上进行了测试。

2015年1月，霍尼韦尔运用3D打印技术生产出了HTF7000发动机的一个部件。然后是在2016年将6~7个3D打印部件装入TPE331发动机。

包括EBM和选择性激光熔融金属3D打印技术都帮助霍尼韦尔在研发上获得了成本的降低，并缩短了研发周期。比如霍尼韦尔首次使用3D打印技术生产HTF7000镍基超合金发动机的管腔，就有望降低50%的制造成本。过去，通过传统工艺研制涡轮叶片的样件需要3年的时间，而如果采用了3D打印技术则仅需短短9周，与过去相比，为整个供应链节约了70%的时间。

成本的节约来自于几个方面：一是在设计上可以将8个不同部件编号组合成只有1个部件编号；二是3D打印技术可以帮助航空制造商减少工装模具的使用，在生产少量样件时，设计也可以更加灵活，这使得生产零部件的固定投入成本大幅下降。

比如，用3D打印技术生产的燃烧室保护罩就可以降低40%的成本。此外，通过该技术还可以减轻零件的重量，这直接关系到飞机的燃油经济性。过去，对于大型复杂构件，制造商用传统工艺无法完成，就拆为几个部件，然后再进行组合，如今3D打印可以实现零部件一次成型，这不仅增加了零部件的强度，同时也减轻了零部件的重量。此外，3D打印技术还有助于提升零部件质量，提高流通合格率，减少库存。

霍尼韦尔正在四个增材制造技术中心开展3D打印飞机配件的研究，这四个技术中心分别位于美国凤凰城、印度班加罗尔、捷克布尔诺和中国上海。

参考资料来源：霍尼韦尔，环球网

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先前 介绍过霍尼韦尔在印度的增材制造技术中心，为了研究开发增材制造技术应用的工作，并为全球试验室提供支持本地原型、模具和夹具的需求。而霍尼韦尔于2014年亦在上海设立了增材制造技术中心，为了向亚太市场提供快速原型和快速模具的服务，并跟其他的全球试验室一样，还专注于增材制造技术的研究。

霍尼韦尔在增材制造领域的战略是什么？

Value Streams-价值流

价值流分三大块：技术中心、模具、生产中心。在技术中心领域，着重于研发领域的支持，包括政府支持，配套项目、新材料、独特性能研究，并通过原型开发加快产品进入市场领域的时间，更多的设计迭代，更多的制造设计；模具方面，可用于直接生产，使得供应链变短（取代铸造），提供连续的支持；在生产中心，实现针对于增材制造技术优势的设计开发以挖掘设计价值潜力，并更好地保护设计，缩短供应链，减少库存，并通过规模定制化实现商业转型。

霍尼韦尔上海在2015年取得了很大的成功，典型的案例是最近的涡轮增压器原型项目，这带来了平均65%的原型制作时间的减少。这些涡轮增压器的原型本来是需要外包给供应商来制造的，通过霍尼韦尔自己的试验室来制作，使得成本也大大减少。而这些外包费用减少将在2016年达到目前的三倍，而随着霍尼韦尔上海对整个亚太区在原型的支持量上升，其费用节约将更加客观。

图：霍尼韦尔上海试验室的涡轮压缩机外壳的多个设计迭代研究

除了减少供应商提供原型制造的需求，霍尼韦尔上海增材制造中心现在正在扩大不同的产品线设计组织，如横跨亚太地区的备品备件和生产服务。这将进一步提高霍尼韦尔公司上下对增材制造的认识，减少研发的预算开支，并开发出更多的优化设计。

图：上海增材制造团队帮助霍尼韦尔保持国际竞争力

与其他的霍尼韦尔增材制造全球试验室合作，上海团队作为一个关键队员，在开发新的材料，新兴技术领域推动整个公司的研发发展。

与GE一样，做为一名先知先觉者，霍尼韦尔在增材制造领域取得多个第一：

－2010年6月：第一家将3D打印的镍基718高温合金零件送入Honeywell Flight Test Bed航空测试

－2012年1月:第一家将3D打印的镍基718高温合金零件送入Customer Flight Test Bed航空测试

－2012年:第一家3D打印镍基738高温合金零件用于旋转涡轮增压器产品线

－第一家3D打印镍基超合金Mar-M-247涡轮叶片

－第一家通过EBM技术制造镍基718合金零件

－获得将复杂、退火处理的3D打印零件通过化学处理的专利

－第一家在全球建立增材制造全球试验室（中国、印度，欧洲和美国）

－第一家通过陶瓷增材制造用于涡轮发动机的高精度单晶叶片制造

而眼前取得的这么多的第一的成就，相比与霍尼韦尔在增材制造领域的长期规划还仅仅处在山脚下的水平，下一步，霍尼韦尔将拓展增材制造Design for AM 在生产领域的应用，2020年后这一比例将占到增材制造用途的40％。

当增材制造技术更接近于生产应用，制造商必须验证所生产的零件的几何形状、冶金和机械性能满足设计工程师的要求。在大多数工业市场，都是在零件生产完成后通过坐标测量机（三坐标测量机）来检查机械特征，以及通过X射线来检查内部缺陷，CT扫描来寻找深层次的缺陷。然而，所有这些技术都会有人为错误参与进来。一个人可能没有正确地读三坐标测量机的结果，X射线可能只能捕捉到靠近表面的孔隙和裂缝缺陷，CT扫描技术还并没有被广泛使用，对扫描结果的解释需要进行大量的培训，以确保正确的解读结果。

这就是为什么开发符合增材制造设计意图的客观证据－Objective Evidence of Compliance to Design Intent”是很重要的。在加工过程中通过传感监测建立参数和零件的几何形状数据记录是必要的。霍尼韦尔正与西格玛实验室合作，研发出两套独立的过程中质量控制体系。之前 之前与谷粉们分享了霍尼韦尔的做法之一PrintRite3D® CONTOUR™软件。

图片：使用PrintRite3D® CONTOUR™软件将加工中的每一层与CAD建模切片的每一层对比。

本期，霍尼韦尔航空航天工程研究专家Donald Godfrey为 的谷粉们详细解释另外一种过程质量控制方法PrintRite3D ® INSPECT ™软件的原理和过程。

该软件是DARPA资助的项目结果，霍尼韦尔是这个项目的领导者，西格玛实验室是这个项目的合作方。这个系统利用高温计和光电二极管检测熔池温度，记录了其中三个过程变量：1）金属粉末融化时温度的“增加率”；2）熔池停留在最高温度多“长”时间；3）熔池冷却的“速率”。通过捕获这三个变量，该系统产生熔池的“电子签名数据”，从而在每一层的X,Y,Z三维方向上记录了零件的微观结构。

PrintRite3D ® INSPECT ™软件的原理是基于大量的生产大数据所形成的加工参数与产品性能之间的相关性，获取符合生产要求的零件所对应的加工参数作为“基准数据”。除非与零件的机械和冶金特性数据具有相关性，否则该加工参数的值几乎没有任何意义。这意味着首先必须产生大量的测试样本来生成这个属性数据，并将属性数据关联到加工参数的“电子签名数据”。从而在新的加工过程中将每一层的“电子签名数据”与“基准数据”相对比。

图片：霍尼韦尔的3D打印机内置的高温计。

REVIEW

3D Science Valley REVIEW

符合增材制造设计意图的客观证据－Objective Evidence of Compliance to Design Intent”的两种过程质量控制途径PrintRite3D® CONTOUR™软件与PrintRite3D ® INSPECT ™，提供了匹配数据正确的逻辑，以及收集和整理数据正确的方法，这将进一步帮助霍尼韦尔保持其作为全球技术领导者。

在过程质量控制中挑战的是正确的收集数据的技术和分析能力。相关分析与回归分析都是研究变量相互关系的分析方法，而相关性分析是指对两个或多个具备相关性的变量元素进行分析，从而衡量两个变量因素的相关密切程度。相关性的元素之间需要存在一定的联系或者概率才可以进行相关性分析。相关分析是回归分析的基础，而回归分析则是认识变量之间相关程度的具体形式。PrintRite3D ® INSPECT ™将超出变量回归范围的加工定义为可疑的(Suspect),而在回归范围内的定义为可接收的(Accept)。为研究粉末床增材制造技术在制造过程中的质量控制和追溯提供了科学的方法。

图片：PrintRite3D ® INSPECT ™回归分析

这就是为什么开发符合增材制造设计意图的客观证据－Objective Evidence of Compliance to Design Intent”是很重要的。于是在加工过程中通过传感监测建立参数和零件的几何形状数据记录是必要的。霍尼韦尔正与西格玛实验室合作，研发出两套独立的过程中质量控制体系，下面介绍了这项技术是如何被开发和如何工作。

图片来源：霍尼韦尔

本期，霍尼韦尔航空航天工程研究专家Donald Godfrey为我们详细解释打印数据匹配的原理和过程。

霍尼韦尔与西格玛实验室合作，开发符合增材制造设计意图的客观证据－Objective Evidence of Compliance to Design Intent”。

增材制造的原理是，构建软件将零件模型切成上千层。每一层（切片）与3D打印过程具有相关性，最终层层打印成为一个零件。

举例来说我们将打印一个立方体，这个立方体被分为3000个相等的切片（在垂直方向上），每一片都是相同的厚度。要打印立方体的时候，3D打印机将其生成3000个打印过程，就这样产品按照垂直方向从底部到顶部被打印出来（Z方向）。每完成一个打印过程，Sigma Labs的PrintRite3D^® CONTOUR ^TM系统都会拍照。当整个立方体被打印完成时，该系统将拍摄3000个数字图像。

通过系统记录的每一层的图片，计算机将图片与设计模型的切片相对比。比如说，如果该系统记录的数字图像为第1870片，则计算机将与设计模型的第1870片相对比。

数据匹配

图片来源：霍尼韦尔

上面显示了霍尼韦尔发动机安装紧固件加工过程的数字图像的多片拍摄。计算机将这些图像与设计模型的切片进行比较，提供了符合增材制造设计意图的客观证据－Objective Evidence of Compliance to Design Intent”。如果计算机识别的是该片刚刚打印出的图像与设计切片有差异，则该层是缺陷发生可疑层。如果与几何切片的差异是显著的，那么就可以通过程序指令让打印机停止。如果与模型切片的几何差异不显著，3D打印机可以继续工作，但向操作者发送一个可疑信息警告消息，这样在打印完成后的质量检测过程中作为考察对象。

这种类型的质量系统的优点是，减少对后续质量检测的依赖，包括X射线，CT扫描或三坐标测量。而且通过大量的数据匹配积累过程带来经验值的提升，在加工过程中避免产品缺陷的发生，这比加工完成后发现产品质量缺陷却无能为力要节约得多。

图片：四个霍尼韦尔发动机的安装紧固件和零件切片的数字指纹

REVIEW

符合增材制造设计意图的客观证据－Objective Evidence of Compliance to Design Intent”带来正确的数据收集与匹配技术。该系统将进一步帮助霍尼韦尔保持其作为全球技术领导者。

Sigma Labs将模型切片作为微观层面的设置跟结果做匹配。从模型切片创建与质量的相关性。这种前瞻性的过程控制被称为过程质量保证，是西格玛实验室独特的（iPQA™）技术。这样可以提高生产效率，并实现制造业务精益战略。

在这方面的研究和应用。 后续将继续为您揭示符合增材制造设计意图的客观证据－Objective Evidence of Compliance to Design Intent”的另外一种方法。敬请关注。