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AM易道昨日核心內(nèi)容回顧

昨天6000字的長文講述了航空業(yè)3D打印維修的大變局開端。

簡要總結(jié)下：

全球知名航空發(fā)動機(jī)之一普惠公司于2025年4月8日發(fā)布了一項基于定向能量沉積(DED)的增材制造修復(fù)技術(shù)，宣稱可將GTF發(fā)動機(jī)關(guān)鍵部件的修復(fù)時間從原本的數(shù)月縮短至數(shù)周，減幅超過60%。

這一突破來自普惠公司位于佛羅里達(dá)州朱庇特的北美技術(shù)加速器。

這項技術(shù)出現(xiàn)在關(guān)鍵時刻，因為截至2024年10月中旬，全球航空公司機(jī)隊中有2167架采用GTF發(fā)動機(jī)的飛機(jī)，其中多達(dá)687架飛機(jī)（占比32%）處于停飛狀態(tài)。

這些停飛主要源于GTF發(fā)動機(jī)金屬部件中的高應(yīng)變?nèi)毕輪栴}，使部件耐用性降低，容易發(fā)生故障。

AM易道在昨天的文章中推測普惠可能與GKN合作，使用激光送絲DED技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，因為GKN曾與普惠曾簽訂了空客A320neo系列和三菱支線噴氣機(jī)零部件的增材維修協(xié)議，且GKN自己擁有并使用線材激光DED技術(shù)。

但AM易道的推測可能漏了一個關(guān)鍵技術(shù)！

因為有新的發(fā)現(xiàn)！

今天再來4000字闡述AM易道的推測和分析。

獨家爆料：電子束DED是另一個核心技術(shù)

根據(jù)AM易道企業(yè)家讀者的分享，普惠公司宣傳的修復(fù)采用的DED技術(shù)很可能不僅是我們普遍認(rèn)為的激光能量源，而是電子束DED技術(shù)！

這一信息極為關(guān)鍵，因為它可能揭示了普惠修復(fù)背后的真正技術(shù)路徑。

AM易道團(tuán)隊在檢索海量關(guān)于普惠的信息后，發(fā)現(xiàn)了一些重要線索可能印證讀者的分享。

一篇關(guān)于普惠新加坡加速中心的信息

這是一篇2018年的信息，標(biāo)題壓根沒提及增材的事，標(biāo)題為《普惠公司利用先進(jìn)自動化和涂層技術(shù)增強(qiáng)其在亞洲的維修服務(wù)》。

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我們來看看內(nèi)容，AM易道嘗試逐字翻譯：

可以直接看標(biāo)亮部分。

Pratt & Whitney Turbine Overhaul Services, a Singapore-based aircraft engine airfoil components repair specialist, has boosted its operations with an automated inspection system, laser cladding technology and improved Electron Beam Physical Vapor Deposition capabilities. Pratt & Whitney Turbine Overhaul Services is a joint venture between Pratt & Whitney and Singapore Technologies Aerospace. Pratt & Whitney is a division of United Technologies Corp. (NYSE: UTX).

新加坡普惠渦輪翻修服務(wù)公司，一家專門從事飛機(jī)發(fā)動機(jī)機(jī)翼部件修復(fù)的新加坡企業(yè)，通過自動化檢測系統(tǒng)、激光熔覆技術(shù)和改進(jìn)的電子束物理氣相沉積能力提升了其運營水平。

普惠渦輪翻修服務(wù)公司是普惠公司與新加坡科技宇航公司的合資企業(yè)。

普惠公司是聯(lián)合技術(shù)公司(紐約證券交易所代碼：UTX)的一個部門。

"Pratt & Whitney has been at the forefront of the industry. We continue to innovate to not only meet, but exceed, customer demands of speed and reliability. A higher degree of automation bolsters our efficiency and ability to provide high quality and consistently repeatable results," said Brendon McWilliam, senior director, Aftermarket Operations Asia-Pacific, Pratt & Whitney. "Our advanced Electron Beam Physical Vapor Deposition capability will allow us to apply coatings for existing engines, including the Geared Turbofan? engines."

"普惠公司一直處于行業(yè)前沿。我們不斷創(chuàng)新，不僅滿足，而且超越客戶對速度和可靠性的需求。更高程度的自動化增強(qiáng)了我們的效率和提供高質(zhì)量、一致可重復(fù)結(jié)果的能力，"普惠公司亞太aftermarket運營高級總監(jiān)Brendon McWilliam表示。

"我們先進(jìn)的電子束物理氣相沉積能力將允許我們?yōu)楝F(xiàn)有發(fā)動機(jī)應(yīng)用

Manual operations have given way to automated processes at this facility. Prior to using an automated inspection system, inspectors had to painstakingly measure the internal wall thicknesses of specific components using a hand-held probe. With the automated inspection system, inspectors simply place the parts to be measured into the machine which automatically carries out a wall thickness inspection on the required areas. The system has since reduced inspection process time cycle by 10 percent. The automated inspection system requires fewer tools, and as a result, is also helping to save costs arising from the maintenance and calibration of those tools.

在這個設(shè)施中，手動操作已讓位于自動化流程。在使用自動化檢測系統(tǒng)之前，檢驗員必須使用手持探頭精心測量特定部件的內(nèi)壁厚度。

有了自動檢測系統(tǒng)，檢驗員只需將待測量的部件放入機(jī)器，機(jī)器就會自動對所需區(qū)域進(jìn)行壁厚檢測。該系統(tǒng)已將檢測流程時間周期減少了10%。

自動檢測系統(tǒng)需要的工具更少，因此也有助于節(jié)省工具維護(hù)和校準(zhǔn)產(chǎn)生的成本。

Traditional welding operations have been replaced with laser cladding technology. Technicians used to manually weld materials together, a process which is highly dependent on the individual's skill. With the laser cladding machine, staff can now perform the task with minimal supervision to achieve lower re-work rates. Similar to additive manufacturing, this laser technology deposits coatings on blade tips at a close-to-99 percent first-time pass rate. The overall downstream process cycle, and product cycle time has also been reduced.

傳統(tǒng)的焊接操作已被激光熔覆技術(shù)所取代。技術(shù)人員過去必須手動將材料焊接在一起，這一過程高度依賴個人技能。通過激光熔覆機(jī)，工作人員現(xiàn)在可以在最少監(jiān)督下執(zhí)行任務(wù)，實現(xiàn)更低的返工率。

類似于增材制造，這種激光技術(shù)在葉片尖端沉積涂層，首次合格率接近99%。整體下游流程周期和產(chǎn)品周期時間也已減少。

The improved Electron Beam Physical Vapor Deposition offering will enable the application of thermal barrier ceramic coatings on engine components to protect surfaces against corrosive environments for current and new Geared Turbofan? engines. The process increases the length of time between repairs for these components and helps to increase overall durability.

改進(jìn)的電子束物理氣相沉積技術(shù)將實現(xiàn)在發(fā)動機(jī)部件上應(yīng)用熱障陶瓷涂層，保護(hù)表面免受腐蝕環(huán)境的影響，適用于當(dāng)前和新的GTF發(fā)動機(jī)。

該工藝增加了這些部件的修復(fù)間隔時間，有助于提高整體耐久性。

以上的信源無疑證實了普惠早在2018年就已在電子束技術(shù)領(lǐng)域布局，為今日的電子束修復(fù)革命奠定了理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。

電子束物理氣相沉積(EBPVD)的應(yīng)用價值

電子束物理氣相沉積(EBPVD)在航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域已有數(shù)十年應(yīng)用歷史，作為熱障涂層和防護(hù)涂層的黃金標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

在真空環(huán)境中， EB/PVD工藝能生成具有受控層厚度分布的熱障涂層，具有優(yōu)異的樹枝狀結(jié)構(gòu)、牢固錨固的根部和光滑的表面特性。

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這種涂層不僅耐高溫，還具有優(yōu)異的應(yīng)變?nèi)菹扌?，能在劇烈溫度循環(huán)條件下保持完整性。

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然而，新加坡加速中心提到的EBPVD主要專注于表面涂層應(yīng)用和修復(fù)，和EBDED能解決的問題比如結(jié)構(gòu)損傷還有所區(qū)別。

電子束定向能量沉積(EBDED)與激光DED的對比分析

如果本次普惠全球3D打印DED修復(fù)選擇電子束，我們不禁要問，從修復(fù)航空發(fā)動機(jī)角度來說，為什么一定是電子束？

以下AM易道團(tuán)隊基于對材料和工藝的理解之后的分析，如有疏漏或謬誤，請專家讀者在評論區(qū)批評指正。

微觀結(jié)構(gòu)品質(zhì)：

EBDED在真空環(huán)境中操作，確保熔池絕對潔凈，避免任何氧氮夾雜，這對于航空發(fā)動機(jī)面臨的高循環(huán)疲勞環(huán)境至關(guān)重要。

這些微小夾雜物往往是高循環(huán)疲勞下裂紋萌生的源頭，是航空發(fā)動機(jī)最致命的隱患。

微觀結(jié)構(gòu)的完整性直接決定了修復(fù)部位的疲勞壽命，這可能是普惠選擇該技術(shù)的最關(guān)鍵因素。

能量利用效率：

電子束的另一個優(yōu)勢是能量傳遞機(jī)制的不同。

激光光束在高反射率材料表面會有能量損失，而電子束則通過荷電粒子直接撞擊將動能轉(zhuǎn)化為熱能，不受材料反射率的影響。

這使得EBDED能以更低的能源消耗實現(xiàn)更高效的金屬熔化和沉積。

熔池控制精度：

電子束可通過精確控制能量分布，實現(xiàn)從散焦預(yù)熱到高能量密度焊接的動態(tài)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生更深、更寬且溫度分布更均勻的熔池。

這有利于減少層間應(yīng)力和變形，提高修復(fù)質(zhì)量。

沉積效率：

EBDED系統(tǒng)（如著名的Sciaky的EBAM）能實現(xiàn)每小時7-11公斤的高沉積率，是大多數(shù)激光DED系統(tǒng)的數(shù)倍之多。

對于緊急修復(fù)大量停飛的GTF發(fā)動機(jī)而言，這一效率優(yōu)勢尤為關(guān)鍵。

殘余應(yīng)力控制：

真空環(huán)境下的均勻加熱和冷卻過程，加上可控的預(yù)熱功能，使EBDED修復(fù)部件的殘余應(yīng)力低于激光DED，這對于防止后期使用中的變形和開裂至關(guān)重要。

然而，EBDED技術(shù)也存在局限：

最核心就是設(shè)備成本高昂，真空室和電子束系統(tǒng)的投資成本遠(yuǎn)高于激光DED設(shè)備，初期投入可能是后者的3-5倍。

對應(yīng)的操作也更復(fù)雜，真空環(huán)境要求更復(fù)雜的操作流程，包括抽真空時間、部件裝卸等，降低了生產(chǎn)靈活性。

電子束發(fā)生器 維護(hù)要求更嚴(yán)，燈絲需要更換，真空系統(tǒng)需要保養(yǎng)，這些都增加了運營成本。

另外就是尺寸，盡管現(xiàn)代EBDED設(shè)備已能容納相當(dāng)大的部件，但真空室的尺寸仍然對可處理工件形成物理限制。

綜合考量，普惠公司若選擇EBDED技術(shù)修復(fù)GTF發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)外殼，很可能是在權(quán)衡利弊后，認(rèn)為微觀結(jié)構(gòu)完整性和修復(fù)質(zhì)量（如疲勞性能）的長期價值遠(yuǎn)超過設(shè)備投資和操作復(fù)雜性帶來的短期高成本。

對于航空發(fā)動機(jī)這類安全關(guān)鍵部件，質(zhì)量永遠(yuǎn)是首要考量因素，而EBDED在這方面具備優(yōu)勢。

判斷與展望

作為全球首個敢于對此做出明確判斷的3D打印行業(yè)深度媒體，除了上文的公開信息，AM易道還有足夠的其他事實依據(jù)支持這一推測：

普惠公司此次修復(fù)GTF發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)確實采用了電子束DED技術(shù)。

普惠早在2018年（其他信源顯示更早）部署的電子束物理氣相沉積（EBPVD）技術(shù)，與其今日宣布的全面DED3D打印修復(fù)形成了完整的技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)；

電子束在真空環(huán)境下對高溫合金以及表面熱涂層獨特的處理能力與GTF發(fā)動機(jī)修復(fù)需求契合；

以及電子束技術(shù)在微觀結(jié)構(gòu)控制、冶金結(jié)合，疲勞性能方面的比擬優(yōu)勢，都指向這一判斷。

當(dāng)然，AM易道并沒有向普惠公司求證此推測，普惠也存在根據(jù)不同發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)綜合使用激光、電子束乃至電弧或者冷噴涂的可能性。

AM易道也歡迎深度讀者糾錯指正并反饋更多相關(guān)信息。

結(jié)語：產(chǎn)業(yè)對接

普惠公司的全方位3D打印修復(fù)戰(zhàn)略，已經(jīng)為增材制造技術(shù)在航空業(yè)后市場乃至各行各業(yè)的后市場修復(fù)樹立了一個里程碑式的旗幟案例。

從價值鏈角度看，這不僅僅是一項修復(fù)技術(shù)的革新，也是一場商業(yè)模式的變革，從報廢更換到精準(zhǔn)修復(fù)，從線性消耗到循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

AM易道預(yù)測，隨著普惠GTF修復(fù)案例的市場教育先河，相關(guān)DED應(yīng)用市場：

不論是激光、電弧、冷噴涂還是電子束，都將迎來新的增長。

我們呼吁讀者中的產(chǎn)業(yè)用戶和投資人密切關(guān)注這一領(lǐng)域的發(fā)展。

如果讀者中有對電子束DED技術(shù)感興趣的產(chǎn)業(yè)用戶或投資人，AM易道可以引薦對接國內(nèi)相關(guān)技術(shù)企業(yè)。

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