2024年3月22日，美国航空航天和国防制造商Beehive Industries的新型涡轮喷气发动机演示机首次在该公司丹佛总部的定制测试室中启动。这家增材制造资深用户表示，这一重要里程碑是在创纪录的时间内实现的，仅仅用了16个月从一张白纸设计概念到正式点火并首次独立运行。
Beehive Industries 总裁兼总经理Gordie
Follin表示，现在是从事美国制造业，尤其是增材制造工作的最佳时机。Follin设计和制造喷气发动机已有20多年的经验，他认为增材制造是充分利用新技术的独特机会。他相信它可以开启新推进系统的未来。他在 Beehive
网站上发表的采访中说道：“我的整个职业生涯都在喷气发动机领域工作，包括工程方面、项目管理方面，现在正在开发新的 3D 打印发动机。在
Beehive，我看到了一个独特的机会，可以采用增材制造并将其应用于国防目的，为无人机（包括弹药和无人机）开发新的推进系统。”
Beehive Industries 背后的理念是整合各个领域专家，在增材制造和推进系统之间架起一座桥梁，并在组织的各个层面拥有丰富的传统喷气发动机设计经验。通过收购和有机增长，Beehive 建立了深厚的增材制造专业知识和能力
该公司建立了100%基于美国的垂直整合供应链，近95%的设计、测试和制造在内部完成。其主要重点是专门设计的无人应用，例如无人机。Beehive的喷气发动机可以以 50% 的成本、一半的设计和制造时间提供10% 至 30% 的性能提升。
福林解释道：“Beehive Industries
的另一个有趣的方面是该公司的添加剂优先方法。增材制造和传统制造之间最大的区别是时间。几乎所有增材设计过程都会变得更快。在
Beehive，我们从概念到喷气发动机测试的过程大约需要14个月。这几乎是传统喷气发动机制造时间的一半，甚至三分之一。”
这是可能的，因为 Beehive Industries 主要专注于无人系统，其要求与商业航空不同。组件测试阶段可以更快地到达，团队可以很快使设计成熟。例如，借助增材制造，他们在不到3个月（而不是14个月）的时间内完成了 BTJ-500 喷气发动机的发动机组件测试和控制测试。当Beehive 进行引擎测试时，该项目已进入第 5 或第 6 版修订版。对于传统制造来说，最多只能是版本2。
在美国进行测试
增材制造可以通过实际测试与分析来验证设计，但实际测试可能会更慢，而且不一定准确。测试数据不会说谎。增材制造可以更快地开始测试，这有助于更快地实现最终设计。Follin
解释道：“在Beehive，我们使用增材制造来加速这一过程。我们还部署增材打印仪器，这提供了额外的速度和灵活性优势。当您可以打印测试所需的仪器或将仪器打印到零件中时，您可以非常快速地调整设计。”
此外，增材制造使一家美国制造商能够真正将金属粉末带入其工厂的一扇门，并从另一扇门取出成品。这意味着 Beehive 的发动机几乎可以完全在一个工厂内制造，利用整合的零件和简化的发动机设计。这导致供应商减少，而这些供应商位于美国，中断的可能性更小。
Follin说：“考虑到发动机的每个部件都可能出现问题。因此，您在全球网络中的依赖性越少，您的供应链就越安全。增材制造需要更少的零件，从而大规模降低风险。”
Beehive 的丹佛总部拥有两个定制的发动机测试室。该基础设施的开发与喷气发动机演示机同时开始，并于今年早些时候完成。
对于像 Beehive Industries 这样的公司来说，增材制造的另一个不为人知的好处是它可以向前部署。一旦锁定设计并成功打印和测试，扩展和物理移动制造就相对容易。与依赖铸造厂和专业劳动力的传统制造不同，增材制造不依赖于特定的设施或地点。将其视为快速移动的供应链。与铸造厂不同，移动打印机和金属粉末相对容易。
Follin 认为增材制造还可以快速扩展。 Beehive 可以快速扩大我们发动机的生产规模。例如，仅在 Beehive 三个工厂之一的一小部分中，每年就可以生产近 2,500 台发动机。
Follin说：“通过汇集喷气发动机和增材制造专业知识，专注于无人驾驶应用，并建立垂直整合的供应链，我们相信我们正在为正确的时间为正确的应用构建正确的流程，”结果是无人机系统的一流解决方案。我们将继续创新并加速开发，同时与客户合作开发定制喷气发动机，充分利用增材制造的潜力。”
使用增材制造制造航空航天铸造核心
虽然 Beehive 在使用金属增材制造直接零件生产方面处于领先地位，但该公司还在 2021
年投资收购了其铸造合作伙伴 Eagle EngineeredSolutions，这是一家全球领先的 3D
打印陶瓷芯、蜡和金属铸造模型供应商。熔模铸造和砂型铸造行业。
Beehive Industries 首席执行官穆罕默德·埃赫特沙米 (Mohammad
Ehteshami) 表示：“我们的使命是实现行业定义的进步，进而为美国再工业化提供实力、创新和工具。EagleEngineered
Solutions
是一家美国拥有和经营的公司，专注于快速增长的市场中的先进技术。此次收购不仅支持我们公司的发展，也支持我们国家未来的竞争优势。我们致力于让不可能的设计成为可能。Eagle
的直接打印陶瓷核心技术可帮助客户实现极其复杂的设计，促进更小、更高效且价格实惠的发动机系统的生产。”
Eagle 现在作为 BeehiveIndustries
工程解决方案部门的一部分运营，该团队致力于增强和扩展其为铸造厂提供解决方案的能力。Eagle位于俄亥俄州弗农山的制造和生产工厂拥有超过 35
名员工和40 台 3D 打印机，也有助于促进 BeehiveIndustries 创新孵化器 Innovation Technologies
目前的项目。
埃赫特沙米说：“美国制造业的未来不是基于产量，而是基于我们快速解决复杂问题和大规模实施新创新的能力。我们将 Eagle 的技术与我们的技能和资源相结合，以实现快速、可扩展和高效的发展。我们对此次收购带来的近期和长期应用感到非常兴奋。”
过渡到调幅
对于 Beehive Industries 来说，从铸件和锻件转向增材制造为美国制造业提供了大量机会。对于其首席制造技术官琼斯（Jonaaron Jones）来说，增材制造是美国制造业的未来。
Jones的主要工作重点是通过为生产和设计团队提供制造解决方案和指导来支持客户。他的工作还涉及研发方面，因为对于许多客户来说，这是他们首次使用增材制造。Jones的团队与他们齐心协力，找出改进措施，从而缩短交货时间、提高性能和提高零件质量。
Beehive
还在开发可打印超级合金，以满足增强功能和性能的需求。对于大多数客户应用，增材制造商使用更传统的材料，例如In718 和
In625，这些材料具有高度可焊接性且更易于使用。然而，这些传统合金存在局限性，包括强度和耐热性。为了解决这些限制，Beehive
正在采用新的超级合金用于增材制造工艺。
Jones说：“在Beehive，我们汇集了原本可能被孤立的专家和专。我们拥有一支强大的团队，其中包括学术冶金学家、一系列工程专家以及其他带来独特理解或方法的人。我们在协作环境中将这种多样性的经验和观点结合在一起，并鼓励他们不断测试/打印材料样本。我们正在研究具有更高性能和可焊性具有挑战性的合金。增材制造的零件也更接近于直接从打印机中使用，因此过程非常不同。由于我们采用增材制造处理材料的独特方式，我们可以非常快速地熔化和冷却它们。因此，我们可以定制微观结构并有可能抑制其开裂的倾向。这为新型、更好的增材打印高温合金打开了大门。”
到目前为止，我们发布了三种新型高温合金。一种是 Mar-M 509，目前已有多家 Beehive
客户正在使用，其次是 Inconel 939 和 Mar-M 247。最后一种材料最初是一项内部挑战，Jones
指出现在在增材制造中使用它的能力反映了Beehive 坚持不懈地通过传统冶金和创新理念寻找解决方案。
他预计，当各行业开始设计利用增材制造的优势时，增材制造的最大好处将得到体现，Beehive的喷气发动机就是一个明显的例子。它们从一开始就被设计为利用增材制造提供的优势，使其与传统喷气发动机显着不同。除了增材制造之外，没有其他方法可以制造
Beehive 的大部分发动机部件。
触及最终用户群
2021 年完成的另一项收购是VolunteerAerospace，它正在帮助 Beehive Industries 成为
波音、洛克希德·马丁、诺斯罗普·格鲁曼和 NASA 等公司的全方位 3D 打印提供商。
Volunteer Aerospace 是一家位于田纳西州的增材和先进制造提供商。Beehive
Industries 的 Mohammad Ehteshami
说道：“我们的愿景是实现美国再工业化，其中一部分意味着投资下一代美国制造业。志愿航空航天公司处于关键增材制造和先进制造方法的前沿，这证明了这个国家强大且自给自足的未来。”
先进制造，即科学技术向生产活动的快速转化，是制造业中日益重要的学科。Volunteer的商业模式基于使用
3D
打印和自适应策略等工具，为航空航天、国防和邻近市场提供全方位服务制造和创新开发。该公司因为卫星、火箭、直升机等提供关键任务零件而闻名，并作为
Beehive Industries 先进制造部门的一部分继续这样做。许多航空航天业巨头需要增加增材制造的使用。
增材制造在航空航天领域的未来潜力
Jones 表示，DfAM
方法现在正在释放各种潜力。直到最近，增材制造的大部分需求都是打印最初为铸件和锻件设计的零件。仅在紧急情况下才将其视为首选选项。当制造商看到增材制造速度带来的好处时，他们也意识到自己也错过了潜在的性能提升。最得出的结论是增材制造可以为他们提供更多。
Jones认为，我们现在正在进入一个新阶段，除了设计和生产的速度之外，公司还在探索如何设计增材制造并利用新材料。有很多因素在起作用，引发了这种转变。在某些情况下，增材制造的价值在其他行业得到了证明。也可能存在一些痛点，促使更多决策转向增材制造。例如，作为解决零件短缺或延误的一种方法。
工程师的教育也将产生影响，国防部的采购周期也可能加速这种转变。琼斯透露：“例如，最近的一场直升机竞赛鼓励使用新技术，特别是增材制造。一家公司联系 Beehive，将增材制造零件集成到他们的设计中。结果，他们将两年的采购周期压缩为一年，从而获得了竞争优势。”
琼斯还指出，认证是更广泛采用的最大障碍之一：“目前，还没有大量易于理解、记录齐全的行业标准。但是，我们正在取得重大而快速的进展。国防部正在制定政策和指导方面发挥领导作用，这些政策和指导将向下延伸至制造基地，从而建立包罗万象的军用规范。这是一项重要的工作，将有助于美国制造业及其他领域继续采用增材制造。
最终，琼斯总结道：“增材制造还很年轻。尽管许多制造商已经意识到了它的潜力，但我们正处于创新浪潮的开端。我预计行业特定材料和规格的开发将很快加速增材制造的使用，创新的新时代将会随之而来。”
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