努力減輕零部件的重量是航空航天企業(yè)打造更時(shí)尚、更輕、更高效的飛機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵因素。 這中間每一克重量的節(jié)省都意味著他們的航空公司客戶燃料的節(jié)約，并且能夠幫助他們削減碳排放。

近日，美國西北大學(xué)Robert R McCormick工程和應(yīng)用科學(xué)院的Eric Masanet教授稱，已經(jīng)證實(shí)——使用3D打印的金屬部件可以使飛機(jī)的重量減輕高達(dá)7％！這是一個(gè)具有突破意義的數(shù)字。

這項(xiàng)研究得到了美國能源部先進(jìn)制造辦公室的資助。在研究過程中，參與人員使用來自航空業(yè)的數(shù)字分析了使用增材制造和3D打印，來制造基于尖端材料的更輕、更高效金屬部件對于整個(gè)飛機(jī)制造周期的綜合影響。

Eric Masanet教授

除此之外，這次研究還發(fā)現(xiàn)，3D打印技術(shù)在降低生產(chǎn)浪費(fèi)方面也能起到關(guān)鍵作用。在實(shí)踐中，這也意味著使用增材制造工藝將節(jié)省數(shù)千噸的鋁、鈦和鎳等材料。

“航空業(yè)是最早采用3D打印技術(shù)的行業(yè)之一，”Masanet說。“這中間的主要?jiǎng)訖C(jī)是飛機(jī)往往會(huì)需要一些非常昂貴的輕質(zhì)金屬合金，而這在傳統(tǒng)制造過程所費(fèi)不菲。”

據(jù)Masanet稱，他的研究團(tuán)隊(duì)的分析也確認(rèn)了一個(gè)事實(shí)，即與3D打印和增材制造的部件所需要的能量與傳統(tǒng)制造方法相比削減了1/3至1/2。

總而言之，Masanet說增材制造和3D打印關(guān)鍵部件將減少飛機(jī)燃油消耗約6.4％。

Masanet稱這是未來飛機(jī)制造可提升的效率空間的一部分。“由于傳統(tǒng)制造方式的限制，我們不得不采用次優(yōu)的設(shè)計(jì)。”Masanet說。“但是當(dāng)你可以以逐層的方式進(jìn)行制造的時(shí)候，這些制約因素就減少了。”

該案例研究結(jié)果發(fā)表在今年5月發(fā)行的《Cleaner Production》雜志上，Masanet實(shí)驗(yàn)室的Runze Huang是該論文的第一作者。Matthew Riddle和阿貢國家實(shí)驗(yàn)室Diane Graziano也參與了此次研究。

據(jù)Masanet稱，傳統(tǒng)制造航空部件的方法往往會(huì)產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)。舉例來說，使用常規(guī)方法制造一公斤重的托架往往需要10公斤的原料。

雖然目前機(jī)翼的變化和更大的結(jié)構(gòu)件都牽涉到了另外的技術(shù)，但是，研究人員稱增材制造使用制造一些較小部件如支架、鉸鏈等理想的方法。一個(gè)這樣的支架在使用增材制造方式之后其重量能夠從1.09公斤減少到只有0.38公斤。