3D打印A350部件:航空领域3D打印潮流

国际金属加工网 2017年08月03日

3D打印技术异军突起,占据了各行各业令人难以置信的广泛领域,包括食品、医疗保健、零售商品,现在更是进入了航空航天领域。航空业发展主要受制于以下因素:飞机重量、运营成本、环境影响和配载量。3D打印的技术名称又叫添加剂层制造技术(ALM),是一项革命性的新技术,改变了以上所述四个方面。该技术被证明是飞机设计和制造的真正创新。

ALM技术为飞机制造打开了一扇新的大门。与过去通过切割整块材料来生产部件不同,它的工作原理是从内到外,一层一层制造出航材部件。产品由计算机辅助设计(CAD)而成,由细小的颗粒或融化的塑胶组成,通过层层叠加制造,直到最终形成坚固完整的部件产品。

3D打印技术解除了许多传统生产方法的束缚。传统生产方法使用的昂贵的染料、成型工具或模具都不再需要了,再复杂的设计在生产过程中也无需额外花费,因为激光技术无论生产简单还是复杂的形状都是同样的制造过程。生产时间从几个月降低至几天,并且可以自由设计,把产品重量降至最轻,但却不会影响其固有强度。

除此之外,无论生产什么组件,ALM技术使用的原材料跟传统的减量加工法比起来都少得多,减少量可以达到90%;而且几乎不产生废料,废料的比例仅为5%至10%,而且还可以再回收利用,而目前的生产工艺会产生90%至95%的废料。

试水

2012年,空中客车小组在首架A350XWB飞机上安装系统时,发现缺少了在飞机系统和结构间可活动的支架,这有可能会导致时间延迟。但幸运的是,当时已有的这项智能技术使得工作在期限内圆满完成了。

“我们需要的支架的负载和尺寸都在3D打印机适用的范围内,3D打印技术在当时已经开始商用,只是还没有被空中客车采用,”3D打印项目主管伯夫(Pierre-Alain Boeuf)如是说。该小组当时向空中客车首席执行官法布里斯?布利叶(Fabrice Brégier)推荐了这个想法。

“我们解释说,因为我们已经有了这些支架的3D设计,如果我们买一台足够大的打印机,就可以自己生产了,”伯夫接着说,“法布里斯几乎立刻就批准了预算。”

第一台打印机于2012年4月运达空中客车工厂,很快就开始生产它的首批部件。生产出来的支架迅速获得了可用于飞行用途的资质,有些甚至安装在用于飞行测试的飞机上。空中客车小组自然非常高兴,因为他们的这个想法从一个建议到真正安装在飞机上仅仅花费了两个月。直至2013年7月,空中客车已经打印了1300个部件,在支架的供应上平均就节省了44天的交期,其它有些部件甚至节省了超过100天,工具的成本和供应上也降低了70%。

“这项技术可完美应用于量少的部件,而且特别适用于设计打样。我们仍在寻找其它有可能应用此项技术的地方,目前看来潜力巨大,”伯夫表示。

首航

两年后,一个使用3D打印技术生产的组件在一架商用空中客车飞机上开始首航。这个小小的塑料部件,安装在加拿大越洋航空公司的A310飞机上,于2月初起飞,成为航材部件产业革命性变革的先驱。

这个硬塑料喷漆部件是安装在机组座椅背后的一块面板,用来固定座椅安全带,长度约为10至40厘米。这块不起眼的面板却造成了小小的轰动:因为它代表了飞机航材部件生产的变革范例。“3D打印技术使得我们能以有效的成本‘按需’生产那些需求量比较少的部件,并迅速提供给客户,” Satiar集团添加层制造技术解决方案主管博格(Mareike Boeger)表示。

航材部件是3D打印的一个主要客户备选,但需求量一直以来都很难计算。空中客车机队的大部分航材部件都很少提出需求,那些在两年内平均订购了5次的航材就已经被认为是“高频需求”。不过,即便某种机型已经停产,只要该机型有至少5架飞机在役,空中客车都必须确保所有组件都有库存,或者至少在有需要的时候能在很短时间内得到。

例如,A300/A310飞机预计到2050年仍会有航材备件需求,今天共有415架该机型的宽体机运行。“目前我们库存约有350万件备件,”博格表示,“这要占用大量的库存空间,也束缚了我们的现金流。”够理由更深度的探索3D打印技术应用的可能性了。

“我们很高兴自己的想法推动了A350XWB项目的发展,但是我必须在全公司范围内强调可以将这项技术扩展至更广泛的工作中去,”博格总结说,“3D打印已经为我们节省了许多成本,但它的未来发展空间必将更加广阔。”


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