AM易道導語
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"又一架A320neo因GTF發(fā)動機問題被迫停飛，預計維修周期8個月。"
這樣的新聞標題在過去一年中反復出現(xiàn)，成為航空業(yè)揮之不去的陰霾。
數(shù)百架配備普惠GTF發(fā)動機的商用飛機被迫停飛，不僅給航空公司帶來巨額損失，也讓這家全球頂級發(fā)動機制造商陷入信譽危機。
然而，就在行業(yè)普遍悲觀之際，普惠公司（Pratt & Whitney）于2025年4月8日發(fā)布了一項技術(shù)突破—基于定向能量沉積(DED)的增材制造修復技術(shù)，其宣稱：
可將GTF發(fā)動機關鍵部件的修復時間從原本的數(shù)月縮短至數(shù)周，減幅超過60%。
這不僅僅是修復效率的簡單提升，AM易道認為這是傳統(tǒng)航空維修模式大變局的開端。
定向能量沉積3D打?。?/strong>普惠發(fā)動機的未來救星技術(shù)
航空業(yè)分析師普遍認為，窄體客機如A320neo的停飛會給航空公司帶來巨大的日均運營損失，包括失去的收入、機組人員成本、停機費用和租賃費用等。
如果DED技術(shù)能夠?qū)l(fā)動機維修周期從RTX所述的250-300天顯著縮短，將為航空公司節(jié)省大量運營成本，提高機隊可用率，這對于已經(jīng)面臨687架飛機停飛的航空業(yè)而言至關重要。
這項救星技術(shù)誕生于普惠公司位于佛羅里達州朱庇特的北美技術(shù)加速器，由一支由材料科學家、航空工程師和增材制造專家組成的精英團隊開發(fā)。
他們通過與康涅狄格先進技術(shù)中心和RTX研究中心的密切合作，將定向能量沉積（Directed Energy Deposition，簡稱DED）技術(shù)成功應用于GTF發(fā)動機結(jié)構(gòu)外殼的精密修復。
與傳統(tǒng)的粉末床熔融等增材制造工藝不同，DED技術(shù)最大的優(yōu)勢在于可以直接在現(xiàn)有部件上進行精確的材料增補。
它通過高能激光或電子束熔化金屬絲或粉末，并將其精確定向沉積在需要修復的位置。
3D打印消除傳統(tǒng)修復流程的三大瓶頸
航空業(yè)內(nèi)讀者都清楚，GTF發(fā)動機結(jié)構(gòu)外殼的傳統(tǒng)修復流程就像是一個充滿冗余環(huán)節(jié)的迷宮，包含至少12個獨立步驟，從部件拆卸、表面處理、材料準備、工裝設計制造、預熱、焊接、多次熱處理、無損檢測到最終裝配。
而普惠公司的DED技術(shù)之所以能將修復時間縮短60%，核心在于它精準打擊了傳統(tǒng)流程中的三大瓶頸：
精簡了復雜工裝需求。
傳統(tǒng)修復中，為適應不同形狀和尺寸的結(jié)構(gòu)外殼，需要設計和制造專用工裝，這不僅耗時數(shù)周，還增加了額外成本。
DED技術(shù)通過計算機控制的精確定位系統(tǒng)，能夠直接在復雜三維空間中進行材料沉積，無需專門的固定工裝，僅依靠高精度的數(shù)字模型和自適應控制算法即可完成。
同樣也精簡了機器轉(zhuǎn)換過程。
在傳統(tǒng)修復中，部件需要在多臺設備間往返多次，每次轉(zhuǎn)換都面臨重新定位、校準的挑戰(zhàn)，極易引入誤差。
理想狀態(tài)下，DED系統(tǒng)能夠?qū)⒉牧咸砑?、熱處理、表面精加工等多種功能集成在一臺設備中，部件只需一次裝夾即可完成全部修復工序。
另外DED技術(shù)精簡了了熱處理循環(huán)。
對于高溫合金材料，熱處理不僅是耗時最長的環(huán)節(jié)（通常需要數(shù)十小時甚至數(shù)天），還是能耗最高、最容易引入變形的工序。
DED技術(shù)如果控制得當，能夠通過精確控制能量輸入和冷卻速率，實現(xiàn)原位熱處理—材料在沉積過程中就完成了微觀組織的優(yōu)化，減少了獨立熱處理循環(huán)的需求，同時避免了因反復加熱導致的部件變形風險。
普惠公司后市場運營副總裁Kevin Kirkpatrick在解釋這一突破時表示：
"DED技術(shù)讓我們能夠在保證質(zhì)量的前提下，顯著提高周轉(zhuǎn)速度，降低工裝依賴，簡化生產(chǎn)復雜性。更重要的是，它減少了我們對全球供應鏈的依賴，增強了我們應對材料短缺的能力。我們已經(jīng)看到，這項技術(shù)不僅適用于GTF發(fā)動機，還有潛力支持更廣泛的航空發(fā)動機部件修復。"
普惠到底用的是什么DED設備？究竟和誰家合作？
對于這個行業(yè)內(nèi)大佬可能關注的問題，本次PR稿件并沒有任何公開信息提及技術(shù)細節(jié)。
但AM易道做了一點功課。
在2018年 ，由挪威鈦業(yè)公司、圣母大學渦輪機械實驗室（NDTL）和TURBOCAM國際公司組成， 普惠公司嘗試挪威鈦業(yè)公司的快速等離子沉積（RPD）材料在渦輪機械應用，開發(fā)生產(chǎn)第一個增材制造的旋轉(zhuǎn)部件。
但項目公開信息沒有提到任何修復的事情。
而在2019年，英國跨國制造商GKN Aerospace在巴黎國際航展上宣布擴大與普惠公司的風險與收入共享合作伙伴關系 (RRSP) 。
GKN是全球知名的航空航天產(chǎn)業(yè)一級供應商，實力斐然。
其宣稱，GKN航空航天公司將利用增材制造技術(shù)為其GTF發(fā)動機系列中的普惠PW1500G和PW1900G發(fā)動機開發(fā)制造的風扇箱安裝環(huán)和風扇墊片。
更關鍵的是，GKN航空航天公司還與普惠公司簽訂了空客A320neo系列飛機和三菱支線噴氣飛機（MRJ）零部件的注冊維修采購協(xié)議（RRSP）。
用什么來維修呢？大概率就是本文的主角DED3D打印。
另外的公開信息表明，GKN航空航天公司的增材制造工藝將金屬絲原料與安裝在機械臂上的激光器相結(jié)合，即線材激光金屬沉積。
而且GKN公司橡樹嶺國家實驗室（ORNL）簽訂過一項價值1780萬美元的協(xié)議 ，并啟用了一個新的大型增材制造生產(chǎn)單元Cell 2，該單元采用 線材激光金屬沉積技術(shù)，用于開發(fā)大型飛機部件。
其還參與了歐盟和加拿大資助的AMOS項目 ，該項目旨在開發(fā)定向能量沉積 (DED) 技術(shù)，用于修復航空航天部件。
也就是說，GKN在和雷神普惠合作之前，就已經(jīng)積攢了大量的關于DED修復的項目案例和經(jīng)驗了。
所以功課做完，AM易道大概推測普惠的修復發(fā)動機計劃仍然會與GKN密切合作，包括用GKN的DED技術(shù)以及一些專有材料。
設備的技術(shù)方案大概率是激光送絲DED。
當然由于普惠的母公司RTX雷神公司和各大3D打印企業(yè)都有合作，也保不齊DED技術(shù)是自己開發(fā)或者是別家廠商的。
所以以上信息僅供參考，希望對讀者有幫助。
危機背景：GTF發(fā)動機停飛潮引發(fā)航空業(yè)震動
回到本文的大的敘事背景來看，
普惠公司的DED技術(shù)修復應用，必須放在當前GTF發(fā)動機面臨的嚴峻挑戰(zhàn)背景下來理解。
根據(jù)航空產(chǎn)業(yè)網(wǎng)，截至2024年10月中旬，全球航空公司機隊中有2167架采用GTF發(fā)動機的飛機，其中多達687架飛機（占比32%）處于停飛狀態(tài)，這些飛機已經(jīng)超過30天沒有移動。
這場危機的規(guī)模令人震驚。
據(jù)Cirium數(shù)據(jù)顯示，在全球1658架搭載GTF發(fā)動機的A320neo系列窄體飛機中，停飛的飛機占比達35%。
具體來看，在全球367架A220飛機中，24年10月中有79架停飛，占機隊的22%，而142架E190-E2和E195-E2飛機中，有24架停飛，占機隊的17%。
全球各地區(qū)大部分航空公司的大部分Airbus機型都含有GTF發(fā)動機，都受到維修不及時的運營影響。
GTF發(fā)動機危機的核心問題位于其金屬部件。
根據(jù)報道，普惠公司RTX2023年被爆了一個問題，稱為全金屬制造過程中的瑕疵導致發(fā)動機的金屬部件存在高應變?nèi)毕?，使其耐用性降低，容易發(fā)生故障。
其中提到是關于粉末金屬出現(xiàn)污染導致部件易受腐蝕和開裂。
不確定此粉末金屬的成型方式是粉末冶金、熱等靜壓還是3D打印。
公開信息并沒透露。
這一問題導致大量使用PW1100G發(fā)動機的空客A320neo系列飛機被迫停飛進行檢查。
RTX預計需要在2023年至2026年間移除約600-700臺發(fā)動機進行檢修，平均每年約有350架飛機因此停飛，最高峰時期（2024年上半年）可能有多達650架飛機停飛。
這一局面直接導致空客在2024年將全年交付目標從原計劃的800架下調(diào)至770架。
面對這一危機，普惠公司一直在努力解決GTF召回問題，以穩(wěn)定其GTF產(chǎn)品。
該公司不得不在新舊發(fā)動機之間分配稀缺的發(fā)動機零件。
與此同時，普惠公司正致力于推出GTF Advantage，這是一款升級版PW1100G發(fā)動機，預計燃油效率將提升4%，效率誤差為1%，預計于2025年投入使用。
在此背景下，如果DED技術(shù)能夠加速其GTF維修周期，將從系統(tǒng)層面彌補多方的損失，帶來巨大價值。
全球布局：技術(shù)加速器網(wǎng)絡背后的戰(zhàn)略眼光
普惠公司的DED技術(shù)突破并非偶然，而是其全球技術(shù)創(chuàng)新網(wǎng)絡長期布局的成果。該公司采取了一種技術(shù)加速器戰(zhàn)略。
這一戰(zhàn)略的核心是建立全球分布的專業(yè)技術(shù)中心，每個中心聚焦特定領域，形成快速響應、協(xié)同創(chuàng)新的網(wǎng)絡。
如前文提到，這次成功開發(fā)DED修復技術(shù)的北美技術(shù)加速器是普惠公司在2023年投資6億美元建立的尖端研發(fā)中心。
該中心匯集了超過200名材料科學、增材制造和航空工程領域的頂尖專家，配備了世界上最先進的金屬3D打印設備和材料表征系統(tǒng)。
這個技術(shù)加速器專注于突破性修復技術(shù)和材料科學創(chuàng)新，其研發(fā)環(huán)境更接近硅谷初創(chuàng)企業(yè)而非傳統(tǒng)航空制造企業(yè)—扁平化管理、快速決策、鼓勵失敗嘗試。
與此同時，普惠公司在全球建立了互補的技術(shù)加速器網(wǎng)絡。
比如在2024年4月，普惠公司宣布將進一步擴大技術(shù)加速器網(wǎng)絡的應用范圍，覆蓋先進修復、數(shù)字檢測、自適應處理，以及壓縮機和風扇部件、葉片、外殼等的涂層和遮蔽技術(shù)。
其2022年9月在新加坡成立的技術(shù)加速器專注于機器人技術(shù)、先進檢測、互聯(lián)工廠和數(shù)字孿生技術(shù)。
據(jù)稱，預計這些分布全球加速器項目每年將為公司節(jié)省至少2400萬美元，并顯著提升產(chǎn)品和服務質(zhì)量。
AM易道認為，普惠公司的技術(shù)加速器戰(zhàn)略顛覆了傳統(tǒng)航空制造業(yè)"中央研發(fā)+全球生產(chǎn)"的模式，創(chuàng)造了一種分布式創(chuàng)新網(wǎng)絡。
這種模式不僅能夠快速響應市場需求，還能充分利用全球創(chuàng)新資源，實現(xiàn)技術(shù)突破的指數(shù)級加速。
對于我國航空制造企業(yè)而言，這種創(chuàng)新模式提供了寶貴啟示，除了傳統(tǒng)的技術(shù)引進和自主研發(fā)，建立開放式的全球創(chuàng)新網(wǎng)絡或許是實現(xiàn)跨越式發(fā)展的又一條路徑。
多維價值：遠超1億美元的經(jīng)濟效益
當普惠公司宣布"未來五年將通過DED技術(shù)挽回價值1億美元的零部件"時，這個數(shù)字僅僅是整個價值鏈上的冰山一角。
AM易道認為全面價值評估應從多個維度進行：
對普惠公司的直接價值：
1億美元的零部件挽回只是第一層價值。
DED技術(shù)將帶來直接維修成本降低，包括減少材料消耗（傳統(tǒng)修復可能需要完全更換部件）、降低能源消耗（熱處理周期減少）、以及削減人工成本（自動化程度提高）。
更重要的是，它將顯著提升維修產(chǎn)能，普惠公司全球的維修中心都將配備這一技術(shù)，無需新建設施。
對航空公司的經(jīng)濟價值：
這才是真正的價值重心。
以空客A320neo為例，假設一架飛機的日均運營收入約為10-15萬美元，每縮短一天維修時間就意味著航空公司減少10-15萬美元的損失。
如果，我們假設如果，通過3D打印維修將全球約700架停飛飛機的維修周期從8個月縮短至12周，粗略估算，累計為航空業(yè)挽回的損失將超過100億美元。
這還不包括航空公司因維修效率提高而降低的備用發(fā)動機持有成本。
對全球供應鏈的戰(zhàn)略價值：
DED技術(shù)大幅降低了對特殊材料和精密鑄件的依賴。
在全球供應鏈脆弱性日益突出的背景下，這種工藝降維是一項戰(zhàn)略級價值。
它使得任何類似普惠這樣的公司能夠在材料短缺或供應鏈中斷時，通過增材制造方式自行修復或制造關鍵部件，提高了整個產(chǎn)業(yè)鏈的韌性。
對環(huán)境的可持續(xù)價值：
對航空業(yè)巨頭而言，ESG已逐步成為是商業(yè)競爭力的核心。
DED技術(shù)可以通過延長部件壽命、減少廢棄物、降低材料和能源消耗，顯著提高了資源利用效率，減少大量碳排放。
技術(shù)進化：從實驗室概念到價值億美元的救火利器
普惠公司在DED技術(shù)上的突破并非一蹴而就，而是其在增材制造領域三十余年持續(xù)投入的結(jié)晶。
普惠公司自20世紀80年代末期就開始采用增材制造技術(shù)，遠早于3D打印成為主流技術(shù)。
如今，不僅僅是民用發(fā)動機，該公司正將這項技術(shù)整合到軍用發(fā)動機生命周期的各個環(huán)節(jié)，從設計到后期維護。
普惠公司的增材制造專家Jesse Boyer表示："增材制造正在改變我們設計和制造產(chǎn)品的方式，為我們提供了前所未有的靈活性，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)方法難以甚至不可能實現(xiàn)的設計。"
通過3D打印，普惠工程師將TJ150發(fā)動機的零部件總數(shù)從50多個減少到僅幾個，在保持發(fā)動機穩(wěn)定可靠性能的同時，顯著縮短了生產(chǎn)時間并降低了成本。
此外，增材制造在F135和TF33等大型發(fā)動機上也有應用。
例如，F(xiàn)135發(fā)動機的渦輪排氣殼尾緣盒現(xiàn)在可以通過3D打印技術(shù)制造，僅在鑄造和模具方面的潛在節(jié)省就接近10億美元。
對于服役數(shù)十年的軍用飛機而言，增材制造還簡化了零部件供應鏈。普惠公司利用這項技術(shù)為1960至1985年間生產(chǎn)的TF33發(fā)動機重新設計并制造了齒輪箱環(huán)形夾支架，解決了傳統(tǒng)供應渠道中斷的問題。
普惠的TF33和F100技術(shù)經(jīng)理Joe Ott指出："傳統(tǒng)鑄造需要極其昂貴的工具制作且有最低訂單要求。增材制造將靈活性帶回了生產(chǎn)過程。"
而本文背景下，隨著GTF發(fā)動機危機的爆發(fā)，普惠公司將增材制造技術(shù)的焦點從制造轉(zhuǎn)向了解決燃眉之急的結(jié)構(gòu)外殼修復問題。
AM易道認為，與18、19年的初步應用相比，此次DED技術(shù)的突破有區(qū)別：
應用對象升級到直接影響飛行安全的結(jié)構(gòu)外殼；
其次，根據(jù)其全方位鋪開增材修復的表述，技術(shù)成熟度從試驗性應用提升到全面工業(yè)化部署；
這一演進過程揭示了航空制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的獨特路徑：
相比消費電子等行業(yè)的快速迭代，航空技術(shù)的成熟往往需要數(shù)年乃至數(shù)十年的持續(xù)投入，但一旦突破且升級技術(shù)方案，其價值也往往是巨量且持續(xù)的。
行業(yè)投資者應當關注的不僅是技術(shù)本身，更是企業(yè)在特定技術(shù)路線上的長期堅持能力和積累深度。
未來展望：更廣闊的應用前景
普惠公司表示，這項技術(shù)的初期應用將集中在GTF發(fā)動機結(jié)構(gòu)外殼特征的修復上，但未來還將用于恢復因正常發(fā)動機運行而磨損的各種部件。
這預示著定向能量沉積技術(shù)在航空發(fā)動機維修領域?qū)⒂懈鼜V泛的應用。
事實上，從前面提到的發(fā)展歷程來看，由于母公司雷神在軍工集團的地位，除了GTF發(fā)動機，普惠公司還生產(chǎn)多種軍用航空發(fā)動機，包括為F-35戰(zhàn)斗機提供動力的F135發(fā)動機，以及為B-52H同溫層堡壘轟炸機提供動力的TF33發(fā)動機。
而這些發(fā)動機都是采用LPBF/SLM激光鋪粉3D打印為主的技術(shù)參與生產(chǎn)的。
AM易道總結(jié)下來，普惠的商業(yè)案例可能開啟一種全新且有趣的SLM制造，DED修復的全3D打印生命周期模式。
AM易道結(jié)語：中國視角下的戰(zhàn)略思考
普惠公司的DED技術(shù)突破對全球航空業(yè)具有深遠意義。
不論是PBF還是DE，作為全球增材制造設備和應用發(fā)展最快的國家之一，我國在航空領域擁有巨大機遇。
我國擁有全球最大的民航機隊和快速增長的維修需求，這為航空增材制造技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應用提供了廣闊市場空間。
稀土資源優(yōu)勢可以轉(zhuǎn)化為高性能特種合金材料的研發(fā)優(yōu)勢，為各類增材技術(shù)提供關鍵材料支持。
華夏蒼穹之下，我們的飛機穿梭于云端，身后是他國高筑的關稅壁壘，眼前是自主創(chuàng)新的漫漫長路。
西大104%的關稅，不是一道墻，而是一面鏡子，映照出我們航空工業(yè)自主道路的光。
在這個關鍵的歷史節(jié)點，與AM易道同頻的讀者須認識到：增材制造不是可選項，而是國家戰(zhàn)略安全的必選項。
唯有掌握核心的未來制造技術(shù)，方能在動蕩風云中屹立不搖。
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