3D打印能靈活地為數(shù)百或數(shù)千個(gè)應(yīng)用打印特定的航空零件。
3D打印使航空公司能夠獲得傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜組件。這有助于創(chuàng)新，同時(shí)在復(fù)雜、高度監(jiān)管的環(huán)境中可以降低成本和周轉(zhuǎn)時(shí)間。
航空航天業(yè)是3D打印的主要受益者。它能夠靈活地為數(shù)百或數(shù)千個(gè)應(yīng)用打印特定的航空零件，而無(wú)需進(jìn)行費(fèi)時(shí)費(fèi)錢(qián)的工具更換。除了零件生產(chǎn)之外，3D打印還能提升創(chuàng)建這些零件所需的制造能力。它可以推動(dòng)航空結(jié)構(gòu)件的輕量化發(fā)展，提高燃料節(jié)省并減少對(duì)環(huán)境的影響。
Materialise公司創(chuàng)建了用于3D打印核心過(guò)程的軟件，并提供3D打印服務(wù)。從創(chuàng)建設(shè)計(jì)、優(yōu)化到管理和自動(dòng)化工作流程，再到打印完整的產(chǎn)品，該公司的軟件和服務(wù)貫徹了3D打印完整的數(shù)字化主線(xiàn)（digital thread），為客戶(hù)和合作伙伴測(cè)試和改進(jìn)軟件、材料和流程，致力于端到端的解決方案。
如何開(kāi)始
這個(gè)過(guò)程是如何開(kāi)始的？一開(kāi)始，Materialise的團(tuán)隊(duì)與航空客戶(hù)的團(tuán)隊(duì)之間舉行信息共享會(huì)議，確定與傳統(tǒng)制造相比，3D打印可以為哪些應(yīng)用和操作提供優(yōu)勢(shì)。
然后，工程師參與進(jìn)來(lái)，看看哪些零部件可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行3D打印。接下來(lái)是成本分析，以確保3D打印的零件更具成本效益。一般而言，零部件越復(fù)雜，傳統(tǒng)制造的成本就越高。
Materialize的軟件優(yōu)化了支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，幫助設(shè)計(jì)人員提高無(wú)人機(jī)制造的效率。
下一步是走進(jìn)航空客戶(hù)的工廠，以確定關(guān)鍵點(diǎn)所在以及3D打印可以進(jìn)一步進(jìn)行協(xié)助的地方。通常會(huì)發(fā)現(xiàn)能從3D打印定制化生產(chǎn)中受益的零件和工藝，例如夾具和鉆孔卡具。
Materialise將確定強(qiáng)度和功能性方面的要求，以滿(mǎn)足高度管制的航空航天工業(yè)的需求。然后，他們確定零件，用輕質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)它們，并在3D打印軟件中運(yùn)行這些設(shè)計(jì)以進(jìn)行優(yōu)化和準(zhǔn)備打印工作。3D打印獨(dú)有的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)使零件具有相同的強(qiáng)度和功能，同時(shí)能減少材料，并減輕整體重量。
用于航天器的3D打印鈦插入件的晶格結(jié)構(gòu)橫截面，在減輕重量的同時(shí)還能優(yōu)化強(qiáng)度。
適航零件
2015年底，Materialise在通過(guò)3D打印實(shí)現(xiàn)輕量化的一個(gè)案例中，制造了適航的增材制造零件，并獲得了EN9100和EASA 21G認(rèn)證。之后他們與空客合作，為A350 XWB制造塑料零部件，使燃料消耗減少了25％，其中3D打印的零部件做出了重要貢獻(xiàn)。通過(guò)像Streamics生產(chǎn)管理軟件這樣的軟件解決方案，航空業(yè)可以受益于這種可追溯且可重復(fù)的生產(chǎn)流程。
另一個(gè)值得一提的合作案例是328 Group。該公司負(fù)責(zé)Do328通勤客機(jī)的維護(hù)、修改和翻新。為了準(zhǔn)備重新啟動(dòng)該飛機(jī)的批量生產(chǎn)，328 Group與Materialise合作，使塑料零部件更輕、生產(chǎn)更快、成本更低。
SoleonAgro無(wú)人機(jī)。
3D打印已進(jìn)入航空航天業(yè)，主要用于小型零件制造，但未來(lái)很可能整個(gè)飛機(jī)框架都能進(jìn)行3D打印。我們已經(jīng)在較小的飛行器和無(wú)人機(jī)中看到了這一點(diǎn)，SoleonAgro就是一個(gè)很好的例子。該無(wú)人機(jī)用于農(nóng)業(yè)中的生物害蟲(chóng)控制，它通過(guò)3D打印進(jìn)行快速原型設(shè)計(jì)、測(cè)試和設(shè)計(jì)驗(yàn)證，降低了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本，再將整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行打印。整個(gè)過(guò)程使Soleon能夠靈活地設(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)，以滿(mǎn)足從害蟲(chóng)控制到攝影的各種客戶(hù)需求。
不斷發(fā)展的應(yīng)用
隨著行業(yè)繼續(xù)看到3D打印在航空航天業(yè)的價(jià)值，我們也期望開(kāi)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)3D打印，這將減少零件的供應(yīng)鏈、運(yùn)輸和存儲(chǔ)成本?，F(xiàn)場(chǎng)打印還可以提供定制化零部件的實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)、加工、測(cè)試和實(shí)施。
用金屬進(jìn)行3D打印的軟件和過(guò)程也在迅速發(fā)展，這將對(duì)航空航天制造流程產(chǎn)生巨大影響。航空零部件的設(shè)計(jì)要求變化很快，而3D打印能更快、更簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的更改，以減少昂貴的試驗(yàn)和錯(cuò)誤成本。
未來(lái)5到10年將迎來(lái)激動(dòng)人心的變化，航空航天業(yè)與3D打印的合作將日益發(fā)展。我們迫不及待想看到這一幕。
Materialise, www.materialise.com
Soleon, www.soleon.it/en
328 Group, www.328group.eu
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去年10月在慕尼黑舉行的第一屆慕尼黑技術(shù)大會(huì)（Munich Technology Conference）上，行業(yè)專(zhuān)家討論了增材制造（AM）的關(guān)鍵趨勢(shì)，以及價(jià)值鏈中的參與者如何成為進(jìn)步的催化劑。
幾千年來(lái)，人們使用工具和機(jī)器從石頭或金屬上切割形狀。作為增材制造的基礎(chǔ)，3D打印顛覆了這種方法。用德國(guó)亞琛工業(yè)大學(xué)Schleifenbaum教授的話(huà)來(lái)說(shuō)：“增材制造的美在于你可以直接將一個(gè)想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。”
工程師可以復(fù)制自然界中的形狀和設(shè)計(jì)對(duì)象來(lái)創(chuàng)造一個(gè)物品，以實(shí)現(xiàn)精確的功能?？梢酝ㄟ^(guò)逐層添加材料（金屬、塑料或陶瓷）來(lái)構(gòu)建新的對(duì)象。這使得增材制造技術(shù)成為未來(lái)數(shù)字化工廠的先驅(qū)，這些工廠將能夠制造從渦輪機(jī)部件到髖關(guān)節(jié)置換件的任何產(chǎn)品。正如歐瑞康增材制造業(yè)務(wù)部門(mén)負(fù)責(zé)人Florian Mauerer所說(shuō)：“增材制造是數(shù)字化最具體的方面。”
同樣重要的是，增材制造有能力通過(guò)改進(jìn)和效率來(lái)顯著改變制造業(yè)的前景，同時(shí)將能在更多地方設(shè)立制造工廠，而無(wú)需考慮當(dāng)?shù)氐膭趧?dòng)力成本。
航空航天業(yè)是應(yīng)用金屬增材制造技術(shù)的重要先驅(qū)。增材制造正在幫助這個(gè)行業(yè)提高生產(chǎn)效率和實(shí)現(xiàn)智能化，以加強(qiáng)性能、控制排放和提高安全性。
這些目標(biāo)與航空航天業(yè)的績(jī)效目標(biāo)一致。正如空客公司的Jonathan Meyer指出的那樣：“航空航天領(lǐng)域的主要推動(dòng)因素是二氧化碳排放目標(biāo)和零件的‘高價(jià)值密度'。”
由于增材制造所帶來(lái)的設(shè)計(jì)靈活性，工程師能開(kāi)發(fā)新的幾何形狀的復(fù)雜產(chǎn)品。從發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪機(jī)零件到機(jī)艙內(nèi)部組件，所有這些都可以實(shí)現(xiàn)功能的改進(jìn)，并減輕重量。
“在為空客運(yùn)輸機(jī)制造的產(chǎn)品中，增材制造使零件數(shù)量減少了98％，重量減少了48％，成本減少了30％，同時(shí)還能保持性能處于同一水平。”Premium Aerotec的Gerd Weber說(shuō)道。
這些進(jìn)步是實(shí)現(xiàn)更高燃油效率和減少二氧化碳排放的關(guān)鍵。通過(guò)計(jì)算，在飛機(jī)壽命的30年內(nèi)，每架飛機(jī)的重量每減少500克，就可以減少30萬(wàn)噸的二氧化碳排放量，從而大大降低航空業(yè)的碳足跡。
MTU航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司首席項(xiàng)目官M(fèi)ichael Schreyögg指出了另一個(gè)好處：“增材制造可以通過(guò)創(chuàng)新的冷卻設(shè)計(jì)提高飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)效率。”改進(jìn)的冷卻使得發(fā)動(dòng)機(jī)能在更高的溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)效率。
增材制造現(xiàn)在用于原型設(shè)計(jì)和小批定制化組件生產(chǎn)。然而，這里蘊(yùn)含的可能性是巨大的，我們可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)出現(xiàn)大規(guī)模定制和大規(guī)模生產(chǎn)的突破。
“增材制造可以用于小體積零部件制造，它可以進(jìn)行快速的原型設(shè)計(jì)，從而加快創(chuàng)新周期，”Meyer補(bǔ)充道，“對(duì)于體積更大的零件，它也有很多好處：優(yōu)化的零件生產(chǎn)、更集成的結(jié)構(gòu)，以及更少的供應(yīng)中斷。”
增材制造的發(fā)展可以為創(chuàng)新價(jià)值鏈中的新商業(yè)模式和機(jī)遇鋪平道路。新的維修和更換業(yè)務(wù)也即將出現(xiàn)。與此同時(shí)，西門(mén)子等公司正在計(jì)劃解決設(shè)計(jì)和軟件方案等問(wèn)題。
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