作為創(chuàng)新者和新技術(shù)的最早使用者，航空業(yè)在 20 世紀(jì) 80 年代引入原型制造時(shí)就開始應(yīng)用增材制造 （AM）。在 2003 年，波音獲得批準(zhǔn)在 F-15 戰(zhàn)斗機(jī)中使用增材制造的鈦合金部件來取代原有部件。

GE Aviation 后來也獲得美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA） 的批準(zhǔn)，生產(chǎn)用于 LEAP 發(fā)動(dòng)機(jī)的增材制造燃油噴嘴。這個(gè) 噴嘴展示了增材制造零部件可以帶來的諸多好處：噴嘴的零件從 20 個(gè)減少到 1 個(gè)，整體重量減少了 25％，耐用性增加 了 5 倍。

波音公司現(xiàn)在為 787 夢(mèng)想飛機(jī)制造 3D 打印的鈦合金零 件，這將是第一個(gè) 3D 打印的結(jié)構(gòu)件，可以承受飛行中機(jī)身 的壓力。通過這種方法，波音可以為每架噴氣式飛機(jī)節(jié)省高 達(dá) 300 萬(wàn)美元。

增材制造技術(shù)的非凡能力為制造業(yè)推開了新世界的大 門，它能提供成本節(jié)約、勞力節(jié)省、重量減輕和零部件簡(jiǎn)化等諸多優(yōu)點(diǎn)，這些變化可能對(duì)供應(yīng)鏈產(chǎn)生重大影響。以往需要壓鑄和機(jī)加工的多個(gè)零件和子組件，現(xiàn)在可以作為單個(gè)零件進(jìn)行 3D 打印。更少的零件和子組件意味著更少的工具和 勞動(dòng)力，減少了制造鏈中的流程，并加快了上市時(shí)間。

今天的生產(chǎn)場(chǎng)景包含如下步驟：設(shè)計(jì)生產(chǎn)零部件，設(shè)計(jì)設(shè)備和模具以生產(chǎn)原型，測(cè)試原型，修改原型和工具，再重復(fù)上述過程。增材制造則能越過設(shè)計(jì)設(shè)備和模具這一步驟， 節(jié)約大量時(shí)間和費(fèi)用，直接得到原型。原型的修改可以在 CAD 文件中進(jìn)行，這讓公司能快速進(jìn)行多次設(shè)計(jì)上的更新迭代。根據(jù)德勤的一項(xiàng)研究，當(dāng)航空航天和防務(wù)公司從傳統(tǒng)制造轉(zhuǎn)向增材制造時(shí)，原型生產(chǎn)的時(shí)間能節(jié)省從 43％到 75％不 等。這對(duì)于訂單積壓已成為常態(tài)的航空業(yè)來說非常重要。

增材制造還可以大大降低庫(kù)存水平。為了避免任何飛機(jī)停飛的可能性，航空公司需要備有可能從未使用或過時(shí)的備件，而增材制造則免去了這一要求，因?yàn)楣究梢园葱柽M(jìn)行 3D 打印。零部件可以在使用地點(diǎn)附近生產(chǎn)，而不必遠(yuǎn)距離存儲(chǔ)和運(yùn)輸。

Roland Berger 管理咨詢公司表示，憑借這些優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)到 2023 年，3D 打印市場(chǎng)將超過 40 億美元。我們?cè)趯?duì)此 歡呼雀躍的同時(shí)，也要注意，盡管有著種種優(yōu)勢(shì)，但增材制造也面臨著一系列挑戰(zhàn)。

增材制造大道上的路障

從設(shè)計(jì)的角度來看，增材制造有其獨(dú)特之處。設(shè)計(jì)靈 活性通常是指其幾何形狀，因此需要考慮許多其他變量和約束。例如，工藝參數(shù)的微小變化（如材料儲(chǔ)存溫度和濕度） 會(huì)影響沉積材料的微觀結(jié)構(gòu)，并改變最終產(chǎn)品。

目前，沒有正式的標(biāo)準(zhǔn)來有效確保增材制造進(jìn)行大 規(guī)模的部件生產(chǎn)的可行性。在制造商投資 3D 打印飛機(jī)零 件之前，他們必須能夠證明該工藝的可重復(fù)性和可預(yù)測(cè)性，以始終如一地制造符合規(guī)格的可靠零件。如果沒有 強(qiáng)大的仿真功能來捕獲材料和過程的物理特性及變化， 就無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

新材料通常需要新的制造方法。對(duì)于增材制造，現(xiàn)有的 CAD 程序有所限制，特別是在與仿真信息集成時(shí)。該過程通常是手動(dòng)的，需要多次迭代。這些問題說明增材制造開發(fā)工具的重要性，需要將仿真集成在工具中，這是實(shí)現(xiàn)全程數(shù)字戰(zhàn)略的重要組成部分。在單一的協(xié)作平臺(tái)上通過一個(gè)數(shù)據(jù)集來貫穿設(shè)計(jì)、開發(fā)和制造的各個(gè)階段，顯然可以支持這樣 的策略。

此外，以增材制造為核心的未來制造戰(zhàn)略，將通過 即時(shí)庫(kù)存管理來減少庫(kù)存，改善原料管理，并提高效率。 這也體現(xiàn)了全程基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)——單一的協(xié)作平臺(tái)的重要性， 它幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)整體制造業(yè)務(wù)的數(shù)字可視化，也包括其 供應(yīng)商在內(nèi)。

增材制造為飛機(jī)制造商提供了簡(jiǎn)化供應(yīng)鏈的機(jī)會(huì)，能生產(chǎn)高度定制化的飛機(jī)零件，以及使用更高效、輕質(zhì)的材料。 為了充分發(fā)揮增材制造的優(yōu)勢(shì)，必須從根本上改變?cè)O(shè)計(jì)和制造流程，以實(shí)現(xiàn)更快的生產(chǎn)流程，從而確保大規(guī)模的高一致性的質(zhì)量，并最終幫助航空業(yè)實(shí)現(xiàn)面向未來的創(chuàng)新。