产品开发的快速通道

关于增材制造的能力无需过多赘述，因为设备本身就是一个活生生的证明。早在2012年的时候，空客只有一台250W（250*250*280mm）的LBM设备投入了使用，而现在使用中的设备有二到四台400W/1kW(最大尺寸800*400*500mm)的激光设备，这一爆发性的扩张趋势将随着未来十年里将出现的多重激光器的到来一直持续。

对于公司的中期（2020年起），低成本产品的商业案例也是可行的。伴随着目前已完成的250多个金属增材制造项目，空客七年来学到的关键启示是增材制造将能够实现高度一体化和多功能的产品，在未来的生态和环境足迹方面将有很大的机会。

材料、加工和设备

首先是材料，由于未来的业务案例，空客首先专注的材料是钛（Ti6-4），随后是Inox，Inox计划在2018年底开始铝的应用。从2015年底开始，用在Ti6-4钛上的激光束熔或电子束熔（LBM/EBM）的增材制造工艺已经达到了TRL6的级别，另外，首个低速率系列部件也又空客的子公司Premium Aerotech在2015年底完成。

对于一系列的应用来说，从2018年开始在Scalmalloy上还有一次机会，Scalmalloy是空客子公司AP-Work经营的一种高性能铝合金。2018年开始，空客将会有第一组增材制造材料用于开始真正的系列化生产。未来增材制造系列应用的最大挑战之一是低成本金属粉末的有效供应，因此看到全世界围绕着这一未来的需求而运转，是非常令人愉悦的。

其次到工艺，熔融沉积成型（FDM；使用Stratasys Fortus的设备）目前已经连续两年用于加工空客的A350部件，使用聚酰胺（PA）的选择性激光烧结（SLS）已被用于空客新的Beluga运输机的支架和直升机的第一系列应用和展示部件的加工。而由于阻燃性能有限，这个技术至今没有运用到民用飞机上。

最后到设备，增材制造设备供应商的数量正在迅速持续增长，使得世界市场的竞争越来越激烈。从工业的角度来看，在制造中的高质量的设备将在未来自动化增材制造设施中扮演关键性角色。在未来十年里，我们将看到很多不同设备尺寸和特定部件的增材制造设备，以及多功能增材制造系统。比如说，一个荷兰的设备商能提供一个热处理一体化设备，而DMG Mori的铣削中心则一体化了一个HDR同轴送粉增材制造设备。

在飞机上的第一步

2014年二月，空客经过为期两年的项目，首次向一家航空公司提供了第一台3D打印的FDM备件，并重新设计了一个三十年历史的客舱座椅部件手动绘图。3D打印设备是纯数字化的产品，它生产的数量是根据空客的要求而弹性地制定，而不是根据死板的库存计划而定。

从2014年开始，新的A350试验飞机上首批数百架飞行试验架FDM应用，并且首先使用LBM工艺生产的钛仿生座舱支架，并经过两年的测试后, 2014年6月在A350上采用了新的拓扑优化设计方法（图一）。 正如这些实验在增材制造的实际工业用途上已经展现的技术可行性和未来潜力，它们也已经极大地帮助了空客未来的增材制造应用的发展。

图一：通过LBM加工的钛合金仿生客舱支架。

在飞行安全相关液压部件中已经展现了增材制造的能力。 到目前为止，大部分LBM项目已经生产了，其中95％由空中客车公司合作伙伴Laser Center North（LZN），Hofmann Innovation Group，Toolcraft和AP-Works等公司负责生产。

应用案例

高速研发进程。测试中的高科技目标（THOR）飞机，一个几乎完全由塑料和几个铝制零件打印的3.7米可飞行平台，飞行重量小于25公斤。 图2显示了正在使用的THOR飞机。

图2.飞行中的高科技目标（THOR）飞机，纯粹的增材制造产物。

飞行测试LBM硬件。在几台A350 / A330NEO测试飞机上测试了钛、不锈钢和铝部件的性能，包括用于垂直尾翼的铝合金相机盖（图3）。


图3.使用LBM生产用于垂直尾翼平面的铝相机盖。

首批在飞机构造上使用的钛。 首款于2016年交付的高性能AEROTEC（PAG）钛双壁燃料连接器取代焊接铸件组件的成本降低了约50％，因为不需要铸造工具，并且交货时间从几个月降至11周（ 图4）。


图4.替代焊接铸件组件的钛双壁燃料连接器。

首批拓扑优化钛支架。 A350飞机的第一个连续PAG增材制造的零件，其重量到2017年第四季度将能减少30％。

飞行安全相关增材制造的液压部件。 2017年3月30日，在A380飞机上首个飞行安全相关增材制造部件使飞行重量减少了35％（图5）。


图5.这种与飞行安全相关的增材制造的部件减轻了A380飞机35％的重量。
 

从第一个部件到清洁薄片设计

进入增材制造新领域的第一步是1：1的可替换的增材制造部件，而下一步是重新考虑完整的部件，目标是充分利用通过增材制造免费的多功能、高度一体的“清洁薄片设计”。 这可以是具有三部分组件的液压单元或支架，其以前由126个部件和铆钉制成。 这意味着大约有120个零件成本的零件，使组装减少了95％（而没有模具维护，库存和物流）。

 增材制造允许我们真正重新考虑一种产品，例如将巨型睡莲结构复制到扰流板中，或将超薄模具的成长转移到设计数学中，如3D设计软件公司Autodesk和其他合作伙伴的Bionic-Partition项目所示。 该项目展示了与未来增材制造生产相关的通用设计方法的功能，从而减少了45％的飞机重量，因此将可以为每架A320飞机每年节省约3吨燃料（图6）。
图6. Bionic-Partition项目展示了与未来增材制造生产相关联的通用设计方法的功能，为A320飞机每年节省约3吨燃料。

展望2025

2016年，我们在10所大学和研究机构的帮助下开始制定2025年的景愿，着眼于产品快速开发、无需模具、按需生产、减少原材料需求、减少重量变化， 更多的使用增材制造。

为使增材制造市场继续发展，必须组织和开发完整的工业化体系。 最大的挑战是了解“清洁薄片设计”未来的产品机会，并开发所有必要的设计原则和工业软件解决方案。 那么所有这一切都必须得到验证，包括新的要求和政府的认可。