汽車渦輪增壓器在提高發(fā)動機(jī)升功率，改善發(fā)動機(jī)排放，提高燃油經(jīng)濟(jì)性、降低油耗方面具有優(yōu)勢，渦輪增壓器制造技術(shù)屬于高性能發(fā)動機(jī)核心零部件。出于保障能源安全、緩解污染等目的，包括中國在內(nèi)的全球主要國家陸續(xù)加嚴(yán)油耗法規(guī)，并制定差異化的節(jié)能汽車技術(shù)發(fā)展路線，促進(jìn)汽車節(jié)能水平的提高。這些嚴(yán)格法規(guī)和技術(shù)路線的出臺，促進(jìn)了渦輪增壓器市場的增長。

我國自主品牌車企開發(fā)出的不同排量增壓直噴發(fā)動機(jī)已實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用，但與國外先進(jìn)車型相比，自主品牌乘用車油耗水平差距仍較為明顯，發(fā)動機(jī)中增壓系統(tǒng)的主要供應(yīng)商為外資品牌，Honeywell (霍尼韋爾) 就是我國渦輪增壓器的主要供應(yīng)商。

龐大的市場需求使Honeywell 面臨著縮短研發(fā)周期和提高產(chǎn)品性能等方面的壓力，不過Honeywell交通系統(tǒng)部門借鑒了航空零部件增材制造的經(jīng)驗(yàn)，為渦輪增壓器研發(fā)工作注入了一股新力量。TCT 2017亞洲高峰論壇期間，Honeywell交通系統(tǒng)中國研發(fā)中心的設(shè)計部經(jīng)理田輝柏先生分享了增材制造技術(shù)在Honeywell渦輪增壓器研發(fā)中所發(fā)揮的作用，以及Honeywell研發(fā)部門對3D打印技術(shù)的期望。本期，我們一起聆聽來自汽車制造業(yè)用戶的聲音。

四大增材制造實(shí)驗(yàn)室

Honeywell是一家全球化的多元化高科技和制造企業(yè)，總部位于美國，足跡遍布70個國家，擁有近1250個辦公室及生產(chǎn)設(shè)施，2016年銷售額達(dá)393億美元。Honeywell 的業(yè)務(wù)涉及：航空航天、智能家居與樓宇技術(shù)、特性材料和技術(shù)、安全與生產(chǎn)力解決方案四大板塊。

Honeywell 航空航天集團(tuán)提供全方位航空解決方案，包括機(jī)械、駕駛艙系統(tǒng)及軟件解決方案，從硬件到空中資源的端到端互聯(lián)解決方案，渦輪增壓技術(shù)等，Honeywell 交通系統(tǒng)也隸屬于該集團(tuán)。航空航天集團(tuán)是Honeywell 探索增材制造技術(shù)的先驅(qū)，最初探索增材制造技術(shù)可以追溯到2010年，那時第一個金屬3D打印的零部件是一個帶噴嘴的718鎳基高溫合金部件，此后霍尼韋爾航空航天集團(tuán)研發(fā)了大量金屬3D打印的航空零部件，并投入大量精力優(yōu)化整個金屬3D打印流程，包括金屬打印粉末的生產(chǎn)和儲存設(shè)施，打印過程監(jiān)測和后處理。

2013年-2014年，Honeywell 在美國鳳凰城、中國上海、印度班加魯爾和捷克布爾諾建立了增材制造實(shí)驗(yàn)室，總共投入了20多臺3D打印設(shè)備，其中大多數(shù)設(shè)備位于美國鳳凰城實(shí)驗(yàn)室，涵蓋了SLM、EBM、SLA等3D打印技術(shù)，設(shè)備品牌包括EOS、Arcam、 Concept Laser等。Honeywell 上海增材制造實(shí)驗(yàn)室配備了EOS M280等3D打印設(shè)備，以及熱處理和金相分析設(shè)備。Honeywell 的四個增材制造實(shí)驗(yàn)室為研發(fā)中心提供工作支持，四大實(shí)驗(yàn)室之間相互交流與配合，實(shí)現(xiàn)全球協(xié)同發(fā)展。

渦輪增壓器研發(fā)

Honeywell 是全球領(lǐng)先的汽車渦輪增壓供應(yīng)商，Honeywell 在“全球渦輪增壓市場預(yù)測”中指出，至2020年全球渦輪增壓車輛累計銷量預(yù)計將達(dá)到2.32億輛，渦輪增壓市場增速將是整車行業(yè)復(fù)合年增長率(CAGR)3倍，增壓器市場規(guī)模將高達(dá)120億美金。到2021年，全球新銷售車輛中將有接近半數(shù)(48%)采用渦輪增壓技術(shù)，比2016年增長9個百分點(diǎn)。其中，中國市場領(lǐng)跑渦輪增壓市場增長，預(yù)計新車中增壓車輛占比將從32%提高到48%。

圖片來源：Honeywell

中國市場對渦輪增壓器需求的迅速增長一方面促進(jìn)了Honeywell 交通系統(tǒng)業(yè)務(wù)的增長，但另一方面客戶希望在更短的時間內(nèi)得到交付，這給渦輪增壓器的研發(fā)與小批量試制工作帶來了壓力。上海增材制造實(shí)驗(yàn)室參與到渦輪增壓器的研發(fā)工作中之后，這種情況得到改善。Honeywell 上海增材制造實(shí)驗(yàn)室在承擔(dān)起渦輪增壓器的渦殼、轉(zhuǎn)接頭、管道和擋油板試制任務(wù)，試制這些零件的是EOS M 280 金屬3D打印系統(tǒng)。

圖片來源：Honeywell

實(shí)驗(yàn)室平均每周可以交付給上海研發(fā)團(tuán)隊1-2件使用該系統(tǒng)增材制造的渦殼，相比使用軟模等傳統(tǒng)制造工藝，交付時間明顯縮短。如果使用模具來試制渦殼，由于所需的數(shù)量較少，渦殼的單件制造成本會高于增材制造成本。

如果渦殼的進(jìn)口發(fā)生變化，設(shè)計團(tuán)隊就需要設(shè)計并試制全新的轉(zhuǎn)接頭，增材制造實(shí)驗(yàn)室用金屬3D打印系統(tǒng)直接制造這些轉(zhuǎn)接頭，可在3-4天內(nèi)實(shí)現(xiàn)交付，交期明顯縮短。

除了在交期上的優(yōu)勢，增材制造的轉(zhuǎn)接頭和管道在產(chǎn)品性能上也有所提升，傳統(tǒng)工藝制造的轉(zhuǎn)接頭由幾個部分焊接而成，焊接處在使用中存在開裂的隱患，而增材制造的轉(zhuǎn)接頭或管道為一個整體的部件，產(chǎn)品的壽命和可靠性得到提升。

在進(jìn)行擋油板的設(shè)計時，Honeywell 的研發(fā)團(tuán)隊對擋油板進(jìn)行了薄壁優(yōu)化，增材制造實(shí)驗(yàn)室在1周左右即可交付該零件，傳統(tǒng)的開模、沖壓工藝制造擋油板交期約為1個月。

增材制造的挑戰(zhàn)

目前，增材制造技術(shù)在Honeywell 的渦輪增壓器制造中所扮演的角色為研發(fā)階段的試制，增材制造技術(shù)在縮短研發(fā)周期和提升產(chǎn)品設(shè)計自由度、產(chǎn)品性能方面給產(chǎn)品研發(fā)工作注入了一股新力量。Honeywell 的研發(fā)團(tuán)隊在受益于增材制造技術(shù)的同時，也期待著這一技術(shù)得到進(jìn)一步的完善和發(fā)展，例如減少需要添加的支撐結(jié)構(gòu)，更高的打印效率、尺寸精度和表面質(zhì)量，包括去支撐、機(jī)加工及表面處理在內(nèi)的后處理工藝與增材制造工藝更深入的集成。