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霍尼韦尔公布2020年度10大创新科技,3D打印飞机发动机零件经FAA认证

来源:霍尼韦尔 发布时间:2021-01-14 1063
工业金属加工工业激光激光设备零部件光学材料与元件其他
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近日,霍尼韦尔公布了2020年度10大创新科技,这些技术涉及不同的行业领域,也代表了当前工业科技界关注的前沿。与往年相比,入选今年的创新科技也不乏亮点。其中就有量子计算、无人机防撞技术、楼宇科技,以及3D打印。


3D打印实现关键零件生产

入选2020年度创新科技的3D打印飞机发动机部件,是霍尼韦尔在增材制造领域取得的又一个里程碑式的技术成果。2020年8月,霍尼韦尔通过增材制造(3D打印)实现了飞机关键发动机零件的生产制造,并获得美国联邦航空管理局(FAA)的认证。


获得认证的零件是#4/5轴承座,是达索猎鹰20G海上巡逻机上ATF3-6涡轮风扇发动机的关键结构部件。据资料显示,该飞机是达索公司在1950年代末与法国南方飞机公司联合研制的机型,当前法国海军仍在使用这种飞机进行海上巡逻和搜救任务。目前仍有12台ATF3-6发动机处于装备中。


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达索猎鹰20G海上巡逻机,图片来自达索公司


像#4/5轴承座之类的零件被监管机构视为发动机正常运行的关键。这些零件一旦发生故障将对乘客和机组人员产生重大安全威胁,并可能严重损坏飞机。因此,如#4/5轴承座之类的关键安全零件面临越来越严格的审查,必须先获得FAA等监管组织的批准才能在飞机上使用。


#4/5轴承座的制造十分复杂,由于市场订单需求少,因此更换这种零件的成本就变得非常贵。如果按照传统铸造方法生产该零件,需要将熔融金属倒入模具并使其硬化,在此过程中就需要高昂的工具投入。


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■ATF3-6发动机的结构示意图


然而,通过3D打印制造#4/5轴承座就可以在短时间内实现少批量的生产,并且无需昂贵的工具投入。期间,工程技术人员借助3D打印技术,通过激光将金属粉末层层熔合在一起,由下至上构建组件,以实现对整个零件的制造。


“尽管服务的人很少,但霍尼韦尔负责支持和维护这些发动机。我们必须找到解决这些供应链问题并保持这些飞机飞行的方法,”霍尼韦尔航空航天制造工程副总裁Jon Hobgood说,“我们能够利用我们在增材制造领域的专业知识,更快地生产合格的零件,将交货时间从大约两年缩短至两周。”


3D打印将成航空制造业未来发展方向

2010年,霍尼韦尔航空航天集团就开始涉足3D打印领域。同年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)。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HTF7000发动机的一个部件。2016年,霍尼韦尔采用3D打印技术研制出涡轮叶片的样件。


霍尼韦尔增材制造全球项目经理Donald Godfrey曾表示,近年来3D打印飞机配件的进度缓慢,主要原因是由于建立生产粉末、存储粉末、熔化粉末及后处理工艺的“固定流程”需要相当长的时间。这些日程安排成为了主要挑战之一,而且还需要获得FAA、客户,以及霍尼韦尔首席工程部门与霍尼韦尔营销部门的批准。


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■图片来源:航空周刊


无论使用哪种设备,3D打印的工作原理都是通过软件建模,将要打印的部件切割成无数层切片,在此过程中每一层实体切片需要不断与电脑建模的数字切片对比,发现偏差后进行修正。


近年来,3D打印逐渐深入航空业制造领域。霍尼韦尔预计从2018年至2023年,航空航天业的3D打印全球市场将以20.24%的复合年增长率增长。虽然航空业最初是将3D打印技术用于原型制作,但如今的用途已扩展到几乎每个方面,包括维护,修理和大修(MRO)操作。


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■图片来源:霍尼韦尔


使用3D打印技术,客户可以按需制造零件,也意味着更少的材料浪费,同时还可以减少工具成本支出。更重要的是,3D打印可以制造出具有空心或蜂巢状结构的轻型零件,而这些零件在传统加工中很难实现。此外,通过3D打印的飞机零件,其强度和耐用性不受影响,同时也能减轻飞机的重量,降低燃油消耗。


目前,霍尼韦尔在全球范围内已经建立起4个增材制造技术中心(美国凤凰城、印度班加罗尔、捷克布尔诺和中国上海),用于开展3D打印飞机配件的研究工作。霍尼韦尔认为,3D打印技术的好处不仅仅是制造和设计,还包括总体运营效率。随着3D打印技术在航空航天制造业的深入应用,这项技术也将变得越来越重要。


霍尼韦尔2020年度10大创新科技 

红外热成像测温技术

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多年来,油气行业一直使用热成像仪探查气体泄漏。新冠肺炎疫情的应对为这项技术找到了新的应用场景。于是就有了霍尼韦尔ThermoRebellion,该技术借助红外成像技术和人工智能算法精确测温。当人们从高分辨率热成像仪前走过,机器瞬时即可检测出体温。机场、工厂、企业、学校和大型活动场所可使用这一体温监测解决方案,对通过指定入口的人员进行非接触式实时筛查。该技术已在美国纽约肯尼迪国际机场投入使用。


量子计算成为现实

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2020年,霍尼韦尔发布了128量子体积的System Model H1量子计算机,并成功投入商用,满足了企业客户将量子计算纳入技术路线图的需求。量子计算机专注于减少错误和提供高质量运算,可针对当下传统运算方法存在的问题提供准确可靠的计算结果,正获得越来越多的信任。随着问题不断演变并超出传统计算机的处理范围,对相关技术准确性的信任变得至关重要。


无人机防撞技术

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IntuVue RDR-84K轻型雷达系统可准确探测空中交通、鸟类飞行和天气情况。该系统不仅能探测障碍物,还能在主导航失灵的情况下提供替代导航并协助实现自动精准着陆。这一创新技术通过替换其他传感器,减轻了重量并节省了空间,这对空中出租车等城市空中交通工具和无人机的推广至关重要。


数以百万计的口罩

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奋战在新冠肺炎疫情一线的医护人员在治疗患者时需要个人防护设备。为此,霍尼韦尔改造了世界各地现有制造设施,以扩大N-95口罩产能,满足一线工作者的需求。建立口罩生产线通常需要九个月左右的时间。但为应对新冠病毒的迅速传播,这一过程必须加快。仅耗时五周,霍尼韦尔就在位于美国罗得岛的工厂新增了一条N95口罩生产线,并于2020年4月顺利投产。


在中国,自爆发新型冠状病毒肺炎以来,霍尼韦尔高度关注疫情发展,并采取紧急行动。2020年春节前以及春节期间,霍尼韦尔及时组织相关合作伙伴调配库存和物流,以最大程度保证防护物资的供应,为市场总计供应了超过2000万只口罩,并以公司全部产能积极配合政府保障疫情严重地区一线工作人员防护用品的供应。


保障人员安全的楼宇科技

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随着新冠肺炎疫情肆虐全球,办公室变得空空荡荡。但制造设施和医院等建筑物必须保持运转。我们借助空气质量和安全性分析技术帮助楼宇业主更大限度降低潜在污染风险,其中包括对楼宇环境和住户行为的双重监测。


我们的技术助力实现安全的楼宇环境,使住户能安心复工。霍尼韦尔的健康楼宇解决方案可满足各种楼宇需求,还能针对高级商业楼宇、机场、酒店、医疗机构、体育场、学校提供定制解决方案。


客舱紫外线清洁系统

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霍尼韦尔客舱紫外线清洁系统在机舱内对托盘、座椅、过道、行李箱等高频接触表面进行紫外线清洁处理。将紫外线用作消毒并非创新之举。根据国际紫外线协会(IUVA) ,紫外线用于给饮用水、废水等物质消毒已有约40年的历史。但将其应用于飞机机舱是一大创新,该系统在10分钟内便可完成窄体机机舱的清洁工作。


看“穿”空气

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空气中的微粒已经无所遁形。借助空气探测仪(Air Detective),我们能从技术上分析空气样本并用全息图像记录下来,然后将这些图像发送到云端,以实时分析孢子、花粉和其他悬浮微粒的类型。暖通空调(HVAC)技术人员可借助人工智能驱动的强大全息显微镜为屋内空气拍摄快照,免去了将样本送至实验室的等待时间。


远程运营技术

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从火灾报警系统到工业设施,霍尼韦尔致力于推动全球的远程运营转型。例如,霍尼韦尔互联生命安全系统可帮助消防技术人员云操控楼宇防火面板。另外,霍尼韦尔过程控制部使位于美国德克萨斯州奥兰治的一个重要过程控制设施成功转型为远程运营。许多设施维护团队面临人员短缺,以及因停工而不能亲临现场的困境。远程运营能够解决这类问题,并在减少现场人员数量的同时执行关键任务。


基于机器学习的网络安全防护

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一旦有黑客攻击工业网络环境,霍尼韦尔基于机器学习的应用程序会第一时间发现。识别工业控制系统和工业物联网技术中的安全问题日益重要。通信异常可能表明存在硬件问题、异常状况、安全和配置问题,甚至网络攻击。

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