Beehive Industries進(jìn)行新型 3D 打印噴氣發(fā)動機點火測試，制造周期僅有16天

2024年3月22日，南極熊獲悉，美國航空航天和國防制造商Beehive Industries的新型渦輪噴氣發(fā)動機演示機首次在該公司丹佛總部的定制測試室中啟動。這家增材制造資深用戶表示，這一重要里程碑是在創(chuàng)紀(jì)錄的時間內(nèi)實現(xiàn)的，僅僅用了16個月從一張白紙設(shè)計概念到正式點火并首次獨立運行。

Beehive Industries 總裁兼總經(jīng)理Gordie Follin表示，現(xiàn)在是從事美國制造業(yè)，尤其是增材制造工作的最佳時機。Follin設(shè)計和制造噴氣發(fā)動機已有20多年的經(jīng)驗，他認(rèn)為增材制造是充分利用新技術(shù)的獨特機會。他相信它可以開啟新推進(jìn)系統(tǒng)的未來。

他在 Beehive 網(wǎng)站上發(fā)表的采訪中說道：“我的整個職業(yè)生涯都在噴氣發(fā)動機領(lǐng)域工作，包括工程方面、項目管理方面，現(xiàn)在正在開發(fā)新的 3D 打印發(fā)動機。在 Beehive，我看到了一個獨特的機會，可以采用增材制造并將其應(yīng)用于國防目的，為無人機（包括彈藥和無人機）開發(fā)新的推進(jìn)系統(tǒng)�！�

Beehive Industries 背后的理念是整合各個領(lǐng)域?qū)＜遥�在增材制造和推進(jìn)系統(tǒng)之間架起一座橋梁，并在組織的各個層面擁有豐富的傳統(tǒng)噴氣發(fā)動機設(shè)計經(jīng)驗。通過收購和有機增長，Beehive 建立了深厚的增材制造專業(yè)知識和能力

該公司建立了100%基于美國的垂直整合供應(yīng)鏈，近95%的設(shè)計、測試和制造在內(nèi)部完成。其主要重點是專門設(shè)計的無人應(yīng)用，例如無人機。Beehive的噴氣發(fā)動機可以以 50% 的成本、一半的設(shè)計和制造時間提供10% 至 30% 的性能提升。

福林解釋道：“Beehive Industries 的另一個有趣的方面是該公司的添加劑優(yōu)先方法。增材制造和傳統(tǒng)制造之間最大的區(qū)別是時間。幾乎所有增材設(shè)計過程都會變得更快。在 Beehive，我們從概念到噴氣發(fā)動機測試的過程大約需要14個月。這幾乎是傳統(tǒng)噴氣發(fā)動機制造時間的一半，甚至三分之一�！�

這是可能的，因為 Beehive Industries 主要專注于無人系統(tǒng)，其要求與商業(yè)航空不同。組件測試階段可以更快地到達(dá)，團(tuán)隊可以很快使設(shè)計成熟。例如，借助增材制造，他們在不到3個月（而不是14個月）的時間內(nèi)完成了 BTJ-500 噴氣發(fā)動機的發(fā)動機組件測試和控制測試。當(dāng)Beehive 進(jìn)行引擎測試時，該項目已進(jìn)入第 5 或第 6 版修訂版。對于傳統(tǒng)制造來說，最多只能是版本2。

在美國進(jìn)行測試

增材制造可以通過實際測試與分析來驗證設(shè)計，但實際測試可能會更慢，而且不一定準(zhǔn)確。測試數(shù)據(jù)不會說謊。增材制造可以更快地開始測試，這有助于更快地實現(xiàn)最終設(shè)計。Follin 解釋道：“在Beehive，我們使用增材制造來加速這一過程。我們還部署增材打印儀器，這提供了額外的速度和靈活性優(yōu)勢。當(dāng)您可以打印測試所需的儀器或?qū)�儀器打印到零件中時，您可以非�？焖俚卣{(diào)整設(shè)計�！�

此外，增材制造使一家美國制造商能夠真正將金屬粉末帶入其工廠的一扇門，并從另一扇門取出成品。這意味著 Beehive 的發(fā)動機幾乎可以完全在一個工廠內(nèi)制造，利用整合的零件和簡化的發(fā)動機設(shè)計。這導(dǎo)致供應(yīng)商減少，而這些供應(yīng)商位于美國，中斷的可能性更小。

Follin說：“考慮到發(fā)動機的每個部件都可能出現(xiàn)問題。因此，您在全球網(wǎng)絡(luò)中的依賴性越少，您的供應(yīng)鏈就越安全。增材制造需要更少的零件，從而大規(guī)模降低風(fēng)險�！�

Beehive 的丹佛總部擁有兩個定制的發(fā)動機測試室。該基礎(chǔ)設(shè)施的開發(fā)與噴氣發(fā)動機演示機同時開始，并于今年早些時候完成。

對于像 Beehive Industries 這樣的公司來說，增材制造的另一個不為人知的好處是它可以向前部署。一旦鎖定設(shè)計并成功打印和測試，擴展和物理移動制造就相對容易。與依賴鑄造廠和專業(yè)勞動力的傳統(tǒng)制造不同，增材制造不依賴于特定的設(shè)施或地點。將其視為快速移動的供應(yīng)鏈。與鑄造廠不同，移動打印機和金屬粉末相對容易。

Follin 認(rèn)為增材制造還可以快速擴展。 Beehive 可以快速擴大我們發(fā)動機的生產(chǎn)規(guī)模。例如，僅在 Beehive 三個工廠之一的一小部分中，每年就可以生產(chǎn)近 2,500 臺發(fā)動機。

Follin說：“通過匯集噴氣發(fā)動機和增材制造專業(yè)知識，專注于無人駕駛應(yīng)用，并建立垂直整合的供應(yīng)鏈，我們相信我們正在為正確的時間為正確的應(yīng)用構(gòu)建正確的流程，”結(jié)果是無人機系統(tǒng)的一流解決方案。我們將繼續(xù)創(chuàng)新并加速開發(fā)，同時與客戶合作開發(fā)定制噴氣發(fā)動機，充分利用增材制造的潛力。”

使用增材制造制造航空航天鑄造核心

雖然 Beehive 在使用金屬增材制造直接零件生產(chǎn)方面處于領(lǐng)先地位，但該公司還在 2021 年投資收購了其鑄造合作伙伴 Eagle EngineeredSolutions，這是一家全球領(lǐng)先的 3D 打印陶瓷芯、蠟和金屬鑄造模型供應(yīng)商。熔模鑄造和砂型鑄造行業(yè)。

Beehive Industries 首席執(zhí)行官穆罕默德·埃赫特沙米 (Mohammad Ehteshami) 表示：“我們的使命是實現(xiàn)行業(yè)定義的進(jìn)步，進(jìn)而為美國再工業(yè)化提供實力、創(chuàng)新和工具。EagleEngineered Solutions 是一家美國擁有和經(jīng)營的公司，專注于快速增長的市場中的先進(jìn)技術(shù)。此次收購不僅支持我們公司的發(fā)展，也支持我們國家未來的競爭優(yōu)勢。我們致力于讓不可能的設(shè)計成為可能。Eagle 的直接打印陶瓷核心技術(shù)可幫助客戶實現(xiàn)極其復(fù)雜的設(shè)計，促進(jìn)更小、更高效且價格實惠的發(fā)動機系統(tǒng)的生產(chǎn)�！�

Eagle 現(xiàn)在作為 BeehiveIndustries 工程解決方案部門的一部分運營，該團(tuán)隊致力于增強和擴展其為鑄造廠提供解決方案的能力。Eagle位于俄亥俄州弗農(nóng)山的制造和生產(chǎn)工廠擁有超過 35 名員工和40 臺 3D 打印機，也有助于促進(jìn) BeehiveIndustries 創(chuàng)新孵化器 Innovation Technologies 目前的項目。

埃赫特沙米說：“美國制造業(yè)的未來不是基于產(chǎn)量，而是基于我們快速解決復(fù)雜問題和大規(guī)模實施新創(chuàng)新的能力。我們將 Eagle 的技術(shù)與我們的技能和資源相結(jié)合，以實現(xiàn)快速、可擴展和高效的發(fā)展。我們對此次收購帶來的近期和長期應(yīng)用感到非常興奮。”

過渡到調(diào)幅

對于 Beehive Industries 來說，從鑄件和鍛件轉(zhuǎn)向增材制造為美國制造業(yè)提供了大量機會。對于其首席制造技術(shù)官瓊斯（Jonaaron Jones）來說，增材制造是美國制造業(yè)的未來。

Jones的主要工作重點是通過為生產(chǎn)和設(shè)計團(tuán)隊提供制造解決方案和指導(dǎo)來支持客戶。他的工作還涉及研發(fā)方面，因為對于許多客戶來說，這是他們首次使用增材制造。Jones的團(tuán)隊與他們齊心協(xié)力，找出改進(jìn)措施，從而縮短交貨時間、提高性能和提高零件質(zhì)量。

Beehive 還在開發(fā)可打印超級合金，以滿足增強功能和性能的需求。對于大多數(shù)客戶應(yīng)用，增材制造商使用更傳統(tǒng)的材料，例如In718 和 In625，這些材料具有高度可焊接性且更易于使用。然而，這些傳統(tǒng)合金存在局限性，包括強度和耐熱性。為了解決這些限制，Beehive 正在采用新的超級合金用于增材制造工藝。

Jones說：“在Beehive，我們匯集了原本可能被孤立的專家和專。我們擁有一支強大的團(tuán)隊，其中包括學(xué)術(shù)冶金學(xué)家、一系列工程專家以及其他帶來獨特理解或方法的人。我們在協(xié)作環(huán)境中將這種多樣性的經(jīng)驗和觀點結(jié)合在一起，并鼓勵他們不斷測試/打印材料樣本。我們正在研究具有更高性能和可焊性具有挑戰(zhàn)性的合金。增材制造的零件也更接近于直接從打印機中使用，因此過程非常不同。由于我們采用增材制造處理材料的獨特方式，我們可以非常快速地熔化和冷卻它們。因此，我們可以定制微觀結(jié)構(gòu)并有可能抑制其開裂的傾向。這為新型、更好的增材打印高溫合金打開了大門。”

到目前為止，我們發(fā)布了三種新型高溫合金。一種是 Mar-M 509，目前已有多家 Beehive 客戶正在使用，其次是 Inconel 939 和 Mar-M 247。最后一種材料最初是一項內(nèi)部挑戰(zhàn)，Jones 指出現(xiàn)在在增材制造中使用它的能力反映了Beehive 堅持不懈地通過傳統(tǒng)冶金和創(chuàng)新理念尋找解決方案。

他預(yù)計，當(dāng)各行業(yè)開始設(shè)計利用增材制造的優(yōu)勢時，增材制造的最大好處將得到體現(xiàn)，Beehive的噴氣發(fā)動機就是一個明顯的例子。它們從一開始就被設(shè)計為利用增材制造提供的優(yōu)勢，使其與傳統(tǒng)噴氣發(fā)動機顯著不同。除了增材制造之外，沒有其他方法可以制造 Beehive 的大部分發(fā)動機部件。

觸及最終用戶群

2021 年完成的另一項收購是VolunteerAerospace，它正在幫助 Beehive Industries 成為

波音、洛克希德·馬丁、諾斯羅普·格魯曼和 NASA 等公司的全方位 3D 打印提供商。

Volunteer Aerospace 是一家位于田納西州的增材和先進(jìn)制造提供商。Beehive Industries 的 Mohammad Ehteshami 說道：“我們的愿景是實現(xiàn)美國再工業(yè)化，其中一部分意味著投資下一代美國制造業(yè)。志愿航空航天公司處于關(guān)鍵增材制造和先進(jìn)制造方法的前沿，這證明了這個國家強大且自給自足的未來�！�

先進(jìn)制造，即科學(xué)技術(shù)向生產(chǎn)活動的快速轉(zhuǎn)化，是制造業(yè)中日益重要的學(xué)科。Volunteer的商業(yè)模式基于使用 3D 打印和自適應(yīng)策略等工具，為航空航天、國防和鄰近市場提供全方位服務(wù)制造和創(chuàng)新開發(fā)。該公司因為衛(wèi)星、火箭、直升機等提供關(guān)鍵任務(wù)零件而聞名，并作為 Beehive Industries 先進(jìn)制造部門的一部分繼續(xù)這樣做。許多航空航天業(yè)巨頭需要增加增材制造的使用。

增材制造在航空航天領(lǐng)域的未來潛力

Jones 表示，DfAM 方法現(xiàn)在正在釋放各種潛力。直到最近，增材制造的大部分需求都是打印最初為鑄件和鍛件設(shè)計的零件。僅在緊急情況下才將其視為首選選項。當(dāng)制造商看到增材制造速度帶來的好處時，他們也意識到自己也錯過了潛在的性能提升。最得出的結(jié)論是增材制造可以為他們提供更多。

Jones認(rèn)為，我們現(xiàn)在正在進(jìn)入一個新階段，除了設(shè)計和生產(chǎn)的速度之外，公司還在探索如何設(shè)計增材制造并利用新材料。有很多因素在起作用，引發(fā)了這種轉(zhuǎn)變。在某些情況下，增材制造的價值在其他行業(yè)得到了證明。也可能存在一些痛點，促使更多決策轉(zhuǎn)向增材制造。例如，作為解決零件短缺或延誤的一種方法。

工程師的教育也將產(chǎn)生影響，國防部的采購周期也可能加速這種轉(zhuǎn)變。瓊斯透露：“例如，最近的一場直升機競賽鼓勵使用新技術(shù)，特別是增材制造。一家公司聯(lián)系 Beehive，將增材制造零件集成到他們的設(shè)計中。結(jié)果，他們將兩年的采購周期壓縮為一年，從而獲得了競爭優(yōu)勢�！�

瓊斯還指出，認(rèn)證是更廣泛采用的最大障礙之一：“目前，還沒有大量易于理解、記錄齊全的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但是，我們正在取得重大而快速的進(jìn)展。國防部正在制定政策和指導(dǎo)方面發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用，這些政策和指導(dǎo)將向下延伸至制造基地，從而建立包羅萬象的軍用規(guī)范。這是一項重要的工作，將有助于美國制造業(yè)及其他領(lǐng)域繼續(xù)采用增材制造。

最終，瓊斯總結(jié)道：“增材制造還很年輕。盡管許多制造商已經(jīng)意識到了它的潛力，但我們正處于創(chuàng)新浪潮的開端。我預(yù)計行業(yè)特定材料和規(guī)格的開發(fā)將很快加速增材制造的使用，創(chuàng)新的新時代將會隨之而來。”