看空客如何探索用3D打印来加强飞机机身结构部件

现代飞机的机身外壳由刚性框架和蒙皮组成，刚性框架通常包括根据机身横截面的形状弯曲成圆周方向的一系列框架和连接到框架的多个纵向纵梁组成。而随着3D打印技术的发展，在优化这些刚性框架的重量与刚性方面有了新的探索空间。

实心与网状的结合

典型的机身在纵向上被分成所谓的框架站，每个框架站包含一个由几个框架段构成的框架。通常，4到8个这样的框架段在圆周方向上连接在一起以形成一个框架。存在具有不同横截面形状的各种类型的框架，通常这些框架在辊轧成形工艺中由金属板形成。

空客的一个构思是形成在某种程度上以开放的网状结构为特征的结构部件，以成本有效的方式减小通用结构部件的重量，同时保持部件的足够刚性。至少一个加强部分为刚性网格部分，而至少一个加强部分形成为实心部分。

可以根据结构部件的特定区域中的预期载荷情况来优化网格部分的配置和形成：以固体方式形成结构部件的负载受影响区域或高应力部分，而在负荷较小的区域中，结构部件可以包含有轻质网格。例如，金属网比金属板轻得多，并且具有一定的刚度。这种网状结构部件可以节省重量和燃料，因此可以帮助降低制造和运营成本。

利用现代计算方法，例如拓扑优化，可以预先确定结构部件的预期应力载荷，并且结果可以用于优化实心部分和网格部分的配置，以实现刚度与重量的最佳平衡。

结构部件可以由金属整体形成，通过AM-增材制造工艺，可以以相对简单的方式生产高度复杂的二维或三维金属部件，这是整体形成由实心和网格部分组成的结构部件的可行方式。原则上，AM工艺也可用于加工复合材料从而形成整体结构部件，例如碳纤维增强复合材料。

除了碳纤维增强复合材料，结构部件可以基本上由铝或钛形成。铝合金由于其耐用性和可靠性而广泛用于飞机制造中。钛或钛合金具有高耐温性和耐腐蚀性，并且与其他金属相比，尽管密度相对较低，但具有高强度。因此，在飞机或航天器的高应力部件的情况下使用钛或钛合金比较普遍。 当然可以使用钛合金和铝合金的组合，例如实心部分可以由钛合金形成，而网状可以由便宜得多的铝合金制成。

而在设计过程中，根据预定应力载荷进行应力计算之后，可以使用拓扑优化或类似方法来优化结构部件。因此，对于给定的一组设计要求，可以找到最佳部件设计布局，然后通过3D打印的工艺来制造完成。

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