Beehive Industries進(jìn)行新型 3D 打印噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火測(cè)試，制造周期僅有16天

2024年3月22日，南極熊獲悉，美國(guó)航空航天和國(guó)防制造商Beehive Industries的新型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)演示機(jī)首次在該公司丹佛總部的定制測(cè)試室中啟動(dòng)。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(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)的，僅僅用了16個(gè)月從一張白紙?jiān)O(shè)計(jì)概念到正式點(diǎn)火并首次獨(dú)立運(yùn)行。

Beehive Industries 總裁兼總經(jīng)理Gordie Follin表示，現(xiàn)在是從事美國(guó)制造業(yè)，尤其是增材制造工作的最佳時(shí)機(jī)。Follin設(shè)計(jì)和制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)已有20多年的經(jīng)驗(yàn)，他認(rèn)為增材制造是充分利用新技術(shù)的獨(dú)特機(jī)會(huì)。他相信它可以開(kāi)啟新推進(jìn)系統(tǒng)的未來(lái)。

他在 Beehive 網(wǎng)站上發(fā)表的采訪中說(shuō)道：“我的整個(gè)職業(yè)生涯都在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域工作，包括工程方面、項(xiàng)目管理方面，現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)新的 3D 打印發(fā)動(dòng)機(jī)。在 Beehive，我看到了一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)，可以采用增材制造并將其應(yīng)用于國(guó)防目的，為無(wú)人機(jī)（包括彈藥和無(wú)人機(jī)）開(kāi)發(fā)新的推進(jìn)系統(tǒng)?！?/div>

Beehive Industries 背后的理念是整合各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜?，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(gè)層面擁有豐富的傳統(tǒng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)收購(gòu)和有機(jī)增長(zhǎng)，Beehive 建立了深厚的增材制造專(zhuān)業(yè)知識(shí)和能力

該公司建立了100%基于美國(guó)的垂直整合供應(yīng)鏈，近95%的設(shè)計(jì)、測(cè)試和制造在內(nèi)部完成。其主要重點(diǎn)是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的無(wú)人應(yīng)用，例如無(wú)人機(jī)。Beehive的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)可以以 50% 的成本、一半的設(shè)計(jì)和制造時(shí)間提供10% 至 30% 的性能提升。

福林解釋道：“Beehive Industries 的另一個(gè)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(shí)間。幾乎所有增材設(shè)計(jì)過(guò)程都會(huì)變得更快。在 Beehive，我們從概念到噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試的過(guò)程大約需要14個(gè)月。這幾乎是傳統(tǒng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)制造時(shí)間的一半，甚至三分之一?！?/div>

這是可能的，因?yàn)?Beehive Industries 主要專(zhuān)注于無(wú)人系統(tǒng)，其要求與商業(yè)航空不同。組件測(cè)試階段可以更快地到達(dá)，團(tuán)隊(duì)可以很快使設(shè)計(jì)成熟。例如，借助增材制造，他們?cè)诓坏?個(gè)月（而不是14個(gè)月）的時(shí)間內(nèi)完成了 BTJ-500 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)組件測(cè)試和控制測(cè)試。當(dāng)Beehive 進(jìn)行引擎測(cè)試時(shí)，該項(xiàng)目已進(jìn)入第 5 或第 6 版修訂版。對(duì)于傳統(tǒng)制造來(lái)說(shuō)，最多只能是版本2。

在美國(guó)進(jìn)行測(cè)試

增材制造可以通過(guò)實(shí)際測(cè)試與分析來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)，但實(shí)際測(cè)試可能會(huì)更慢，而且不一定準(zhǔn)確。測(cè)試數(shù)據(jù)不會(huì)說(shuō)謊。增材制造可以更快地開(kāi)始測(cè)試，這有助于更快地實(shí)現(xiàn)最終設(shè)計(jì)。Follin 解釋道：“在Beehive，我們使用增材制造來(lái)加速這一過(guò)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?xún)?yōu)勢(shì)。當(dāng)您可以打印測(cè)試所需的儀器或?qū)x器打印到零件中時(shí)，您可以非常快速地調(diào)整設(shè)計(jì)。”

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

Follin說(shuō)：“考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)部件都可能出現(xiàn)問(wèn)題。因此，您在全球網(wǎng)絡(luò)中的依賴(lài)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(xiǎn)?！?/div>

Beehive 的丹佛總部擁有兩個(gè)定制的發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試室。該基礎(chǔ)設(shè)施的開(kāi)發(fā)與噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)演示機(jī)同時(shí)開(kāi)始，并于今年早些時(shí)候完成。

對(duì)于像 Beehive Industries 這樣的公司來(lái)說(shuō)，增材制造的另一個(gè)不為人知的好處是它可以向前部署。一旦鎖定設(shè)計(jì)并成功打印和測(cè)試，擴(kuò)展和物理移動(dòng)制造就相對(duì)容易。與依賴(lài)鑄造廠和專(zhuān)業(yè)勞動(dòng)力的傳統(tǒng)制造不同，增材制造不依賴(lài)于特定的設(shè)施或地點(diǎn)。將其視為快速移動(dòng)的供應(yīng)鏈。與鑄造廠不同，移動(dòng)打印機(jī)和金屬粉末相對(duì)容易。

Follin 認(rèn)為增材制造還可以快速擴(kuò)展。 Beehive 可以快速擴(kuò)大我們發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)規(guī)模。例如，僅在 Beehive 三個(gè)工廠之一的一小部分中，每年就可以生產(chǎn)近 2,500 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。

Follin說(shuō)：“通過(guò)匯集噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和增材制造專(zhuān)業(yè)知識(shí)，專(zhuān)注于無(wú)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(shí)間為正確的應(yīng)用構(gòu)建正確的流程，”結(jié)果是無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的一流解決方案。我們將繼續(xù)創(chuàng)新并加速開(kāi)發(fā)，同時(shí)與客戶合作開(kāi)發(fā)定制噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，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(gòu)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(shí)現(xiàn)行業(yè)定義的進(jìn)步，進(jìn)而為美國(guó)再工業(yè)化提供實(shí)力、創(chuàng)新和工具。EagleEngineered Solutions 是一家美國(guó)擁有和經(jīng)營(yíng)的公司，專(zhuān)注于快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)中的先進(jìn)技術(shù)。此次收購(gòu)不僅支持我們公司的發(fā)展，也支持我們國(guó)家未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。我們致力于讓不可能的設(shè)計(jì)成為可能。Eagle 的直接打印陶瓷核心技術(shù)可幫助客戶實(shí)現(xiàn)極其復(fù)雜的設(shè)計(jì)，促進(jìn)更小、更高效且價(jià)格實(shí)惠的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的生產(chǎn)?！?/div>

Eagle 現(xiàn)在作為 BeehiveIndustries 工程解決方案部門(mén)的一部分運(yùn)營(yíng)，該團(tuán)隊(duì)致力于增強(qiáng)和擴(kuò)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(guò) 35 名員工和40 臺(tái) 3D 打印機(jī)，也有助于促進(jìn) BeehiveIndustries 創(chuàng)新孵化器 Innovation Technologies 目前的項(xiàng)目。

埃赫特沙米說(shuō)：“美國(guó)制造業(yè)的未來(lái)不是基于產(chǎn)量，而是基于我們快速解決復(fù)雜問(wèn)題和大規(guī)模實(shí)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(shí)現(xiàn)快速、可擴(kuò)展和高效的發(fā)展。我們對(duì)此次收購(gòu)帶來(lái)的近期和長(zhǎng)期應(yīng)用感到非常興奮?！?/div>

過(guò)渡到調(diào)幅

對(duì)于 Beehive Industries 來(lái)說(shuō)，從鑄件和鍛件轉(zhuǎn)向增材制造為美國(guó)制造業(yè)提供了大量機(jī)會(huì)。對(duì)于其首席制造技術(shù)官瓊斯（Jonaaron Jones）來(lái)說(shuō)，增材制造是美國(guó)制造業(yè)的未來(lái)。

Jones的主要工作重點(diǎn)是通過(guò)為生產(chǎn)和設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供制造解決方案和指導(dǎo)來(lái)支持客戶。他的工作還涉及研發(fā)方面，因?yàn)閷?duì)于許多客戶來(lái)說(shuō)，這是他們首次使用增材制造。Jones的團(tuán)隊(duì)與他們齊心協(xié)力，找出改進(jìn)措施，從而縮短交貨時(shí)間、提高性能和提高零件質(zhì)量。

Beehive 還在開(kāi)發(fā)可打印超級(jí)合金，以滿足增強(qiáng)功能和性能的需求。對(duì)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(qiáng)度和耐熱性。為了解決這些限制，Beehive 正在采用新的超級(jí)合金用于增材制造工藝。

Jones說(shuō)：“在Beehive，我們匯集了原本可能被孤立的專(zhuān)家和專(zhuān)。我們擁有一支強(qiáng)大的團(tuán)隊(duì)，其中包括學(xué)術(shù)冶金學(xué)家、一系列工程專(zhuān)家以及其他帶來(lái)獨(dú)特理解或方法的人。我們?cè)趨f(xié)作環(huán)境中將這種多樣性的經(jīng)驗(yàn)和觀點(diǎn)結(jié)合在一起，并鼓勵(lì)他們不斷測(cè)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(jī)中使用，因此過(guò)程非常不同。由于我們采用增材制造處理材料的獨(dú)特方式，我們可以非?？焖俚厝刍屠鋮s它們。因此，我們可以定制微觀結(jié)構(gòu)并有可能抑制其開(kāi)裂的傾向。這為新型、更好的增材打印高溫合金打開(kāi)了大門(mén)。”

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(xiàng)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(jiān)持不懈地通過(guò)傳統(tǒng)冶金和創(chuàng)新理念尋找解決方案。

他預(yù)計(jì)，當(dāng)各行業(yè)開(kāi)始設(shè)計(jì)利用增材制造的優(yōu)勢(shì)時(shí)，增材制造的最大好處將得到體現(xiàn)，Beehive的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)就是一個(gè)明顯的例子。它們從一開(kāi)始就被設(shè)計(jì)為利用增材制造提供的優(yōu)勢(shì)，使其與傳統(tǒng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)顯著不同。除了增材制造之外，沒(méi)有其他方法可以制造 Beehive 的大部分發(fā)動(dòng)機(jī)部件。

觸及最終用戶群

2021 年完成的另一項(xiàng)收購(gòu)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(shuō)道：“我們的愿景是實(shí)現(xiàn)美國(guó)再工業(yè)化，其中一部分意味著投資下一代美國(guó)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(gè)國(guó)家強(qiáng)大且自給自足的未來(lái)。”

先進(jìn)制造，即科學(xué)技術(shù)向生產(chǎn)活動(dòng)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(guó)防和鄰近市場(chǎng)提供全方位服務(wù)制造和創(chuàng)新開(kāi)發(fā)。該公司因?yàn)樾l(wèi)星、火箭、直升機(jī)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(mén)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(lái)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(jì)的零件。僅在緊急情況下才將其視為首選選項(xiàng)。當(dāng)制造商看到增材制造速度帶來(lái)的好處時(shí)，他們也意識(shí)到自己也錯(cuò)過(guò)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(gè)新階段，除了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的速度之外，公司還在探索如何設(shè)計(jì)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(jià)值在其他行業(yè)得到了證明。也可能存在一些痛點(diǎn)，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(guó)防部的采購(gòu)周期也可能加速這種轉(zhuǎn)變。瓊斯透露：“例如，最近的一場(chǎng)直升機(jī)競(jìng)賽鼓勵(lì)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(jì)中。結(jié)果，他們將兩年的采購(gòu)周期壓縮為一年，從而獲得了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)?！?/div>

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(méi)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(guó)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(wàn)象的軍用規(guī)范。這是一項(xiàng)重要的工作，將有助于美國(guó)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(shí)到了它的潛力，但我們正處于創(chuàng)新浪潮的開(kāi)端。我預(yù)計(jì)行業(yè)特定材料和規(guī)格的開(kāi)發(fā)將很快加速增材制造的使用，創(chuàng)新的新時(shí)代將會(huì)隨之而來(lái)?！?/div>