在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)過(guò)程中，3D 打印的測(cè)量支架被用于溫度和壓力測(cè)量，以便確定飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率大小。

安全是航空航天業(yè)的重中之重。為了降低昂貴材料的成本、減輕飛機(jī)零件的重量，航空航天制造業(yè)正在尋找新的生產(chǎn)制造方式，但屬于高科技行業(yè)的航空航天工業(yè)領(lǐng)域也對(duì)增材制造技術(shù)持懷疑態(tài)度。因此，只有那些有說(shuō)服力的新技術(shù)案例才有助于改變這種懷疑態(tài)度。

位于西班牙的Ramem公司是一家專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造機(jī)械、電子產(chǎn)品的公司。這家總部位于馬德里的公司，所生產(chǎn)的飛機(jī)零部件形狀非常復(fù)雜，并且有著非常高的航空航天技術(shù)要求?！拔覀兊暮娇蘸教祛I(lǐng)域中生產(chǎn)許多小批量的產(chǎn)品，因此很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)就一直致力于增材制造技術(shù)的研究。在減輕重量、減少配套組件和節(jié)約成本方面，增材制造技術(shù)有著比傳統(tǒng)生產(chǎn)制造技術(shù)更多的可能性?！惫狙邪l(fā)經(jīng)理SilviaLópez-Vidal女士解釋說(shuō)道。

準(zhǔn)備起飛

除了了解增材制造技術(shù)的潛力之外，Ramem公司還將增材制造技術(shù)列為推動(dòng)企業(yè)發(fā)展的重大戰(zhàn)略。“遲早有一天增材制造技術(shù)會(huì)‘飛到’航空航天領(lǐng)域中來(lái)。因此，我們現(xiàn)在的工作就是盡早為這樣的‘起飛’做好技術(shù)儲(chǔ)備?！盠ópez-Vidal女士說(shuō)道。.

因此，Ramem公司的工程師們聚精會(huì)神地仔細(xì)分析所生產(chǎn)的零件，以便確定它們是否能夠在增材制造技術(shù)的幫助下帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益。其中一個(gè)被稱(chēng)為測(cè)量支架的零件是最有希望采用增材制造技術(shù)的。這也是航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)過(guò)程中確定航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能、對(duì)壓力和溫度進(jìn)行高精度測(cè)量時(shí)使用的支架。

這一測(cè)量支架有著很高的技術(shù)要求：它在發(fā)動(dòng)機(jī)的尾噴管內(nèi)工作，工作時(shí)承受著極端的高溫、應(yīng)力和高壓。高尺寸精度和光滑的空氣動(dòng)力學(xué)表面質(zhì)量要求對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性都有著重要的影響。

高要求的精致零件

測(cè)量支架由四個(gè)零件組成。這些零件都需要經(jīng)過(guò)精心的銑削加工、手工組裝并最后一個(gè)個(gè)焊接在一起。測(cè)量支架的關(guān)鍵是多個(gè)空心短管。這些空心短管都是沿著細(xì)長(zhǎng)的測(cè)量支架，從支架后方插入到支架體內(nèi)，并最終焊接在采樣點(diǎn)的位置處。

這一根根短管的壁厚不到0.3mm。而測(cè)量支架體又是一個(gè)封閉的整體?！皩⒍坦懿迦氲街Ъ荏w內(nèi)需要集中很高的注意力——認(rèn)真仔細(xì)，小心翼翼，這樣才能滿(mǎn)足裝配精度的要求。如果其中的任何一根短管的位置不正確則整個(gè)測(cè)量支架都成了廢品。而且短管的尺寸公差僅有±0.05mm，其端部還有一個(gè)安裝溫度傳感器的小孔?！盠ópez-Vidal女士說(shuō)。

在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)過(guò)程中，3D 打印的測(cè)量支架被用于溫度和壓力測(cè)量，以便確定飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率大小。

Ramem公司的工程師們很清楚：需要繡花般細(xì)心制作的測(cè)量支架最適合采用增材制造技術(shù)了。最重要的是：要對(duì)測(cè)量支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，使之適合于采用增材制造技術(shù)。承擔(dān)改進(jìn)設(shè)計(jì)的是增材制造專(zhuān)業(yè)企業(yè)Prodintec公司。一旦增材制造技術(shù)的應(yīng)用取得了成功，則測(cè)量支架的零件數(shù)量就會(huì)從四個(gè)減少到一個(gè)。但，盡管付出了種種努力，第一次嘗試的結(jié)果是非常令人失望的：“在增材制造過(guò)程中細(xì)長(zhǎng)的支架體出現(xiàn)了變形，在支架體細(xì)小的通道內(nèi)殘留了一些3D打印的金屬粉末和其他固體雜質(zhì)。另外，3D打印的結(jié)果既沒(méi)有滿(mǎn)足尺寸精度的要求也沒(méi)有滿(mǎn)足光滑的表面質(zhì)量要求?！盠ópez-Vidal女士解釋說(shuō)道。

帶來(lái)突破的第一個(gè)原型樣件

López-Vidal女士和她領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有因這次挫折而止步。在2017年度的法蘭克福國(guó)際精密成型及3D打印制造展覽會(huì)Formnext上，她和通快公司增材制造項(xiàng)目經(jīng)理JuliaMoll女士及其團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了交談，向他們介紹了測(cè)量支架3D打印中遇到的問(wèn)題。“通快公司增材制造技術(shù)的開(kāi)發(fā)人員向我們保證：用它們的激光器和金屬粉末能夠解決我們的問(wèn)題。”López-Vidal女士說(shuō)道。他們用Prodintec公司設(shè)計(jì)改進(jìn)設(shè)計(jì)的測(cè)量支架CAD圖形開(kāi)始嘗試著解決問(wèn)題。

通快公司利用 Truprint 1000 型 3D 打印機(jī)打印的測(cè)量支架。

“測(cè)量支架打印中遇到的最大挑戰(zhàn)是支架的放置位置和方向。我們必須設(shè)計(jì)好測(cè)量支架打印過(guò)程中的放置位置和方向，以便在沒(méi)有支撐結(jié)構(gòu)的情況下完成整個(gè)支架的全部打印過(guò)程。我們不能將支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在要求很高的支架頂部，或者設(shè)計(jì)在支架體內(nèi)部。另外我們還必須確保不出現(xiàn)熱變形。這也不是一件容易的事情：因?yàn)闇y(cè)量支架的壁厚太薄了?！盝uliaMoll女士說(shuō)。

通快公司在Truprint1000型3D打印機(jī)中打印了1,000件測(cè)量支架，而這第一批3D打印的測(cè)量支架質(zhì)量就令人信服：“借助于3D掃描技術(shù)我們可以證明增材制造打印的零件滿(mǎn)足了幾何精度的要求，借助于顯微照片我們確定了3D打印零件的表面密度達(dá)到了99.95%。”JuliaMoll女士解釋說(shuō)。但增材制造技術(shù)專(zhuān)家們想了解的更多一些。他們找來(lái)了X光和計(jì)算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)Yxlon，與生產(chǎn)廠家一起對(duì)原型樣件進(jìn)行了CT掃描。CT掃描檢查的是支架通道是否完全暢通和微孔的大小。另外，專(zhuān)家們還利用自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)檢查了測(cè)量支架內(nèi)部的40多個(gè)尺寸。結(jié)果都很好：通道是連續(xù)、暢通的，微孔尺寸都小于100μm，所有尺寸都滿(mǎn)足了尺寸公差的要求。

節(jié)約了將近80%的生產(chǎn)成本

增材制造專(zhuān)家們完美地完成了開(kāi)發(fā)任務(wù)，“通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)，縮短了生產(chǎn)加工時(shí)間，所使用的金屬材料也減少了80%左右。經(jīng)過(guò)核算，3D打印可以為我們節(jié)約74%的總成本。這在行業(yè)領(lǐng)域中絕對(duì)是最佳成績(jī)了?！盝uliaMoll女士非常滿(mǎn)意。

現(xiàn)在，實(shí)際的生產(chǎn)開(kāi)始了，“重要的是繼續(xù)關(guān)注增材制造技術(shù)，并不斷地告訴決策者們采用增材制造技術(shù)的可能性。我們用測(cè)量支架的例子再次證明了增材制造技術(shù)的應(yīng)用潛力。但航空工業(yè)領(lǐng)域是一個(gè)非常敏感的市場(chǎng)領(lǐng)域，我們說(shuō)服飛機(jī)制造商在結(jié)構(gòu)件和其他重要的飛機(jī)零部件中采用增材制造技術(shù)尚需時(shí)日。但是，我們和其他一些大型供應(yīng)商企業(yè)正在不斷地豐富我們的增材制造專(zhuān)業(yè)知識(shí)這一事實(shí)就已經(jīng)證明：我們相信這項(xiàng)技術(shù)一定能夠獲得成功。”對(duì)于未來(lái)，López-Vidal女士仍滿(mǎn)懷期待。