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3D打印助力航空制造

来源:荣格

  发布:星之球科技

关键词:3D打印 激光技术

2018-09-05

3D打印能灵活地为数百或数千个应用打印特定的航空零件。
3D打印能灵活地为数百或数千个应用打印特定的航空零件。
 
3D打印使航空公司能够获得传统技术无法实现的复杂组件。这有助于创新,同时在复杂、高度监管的环境中可以降低成本和周转时间。
 
航空航天业是3D打印的主要受益者。它能够灵活地为数百或数千个应用打印特定的航空零件,而无需进行费时费钱的工具更换。除了零件生产之外,3D打印还能提升创建这些零件所需的制造能力。它可以推动航空结构件的轻量化发展,提高燃料节省并减少对环境的影响。
 
Materialise公司创建了用于3D打印核心过程的软件,并提供3D打印服务。从创建设计、优化到管理和自动化工作流程,再到打印完整的产品,该公司的软件和服务贯彻了3D打印完整的数字化主线(digital thread),为客户和合作伙伴测试和改进软件、材料和流程,致力于端到端的解决方案。
 
如何开始
 
这个过程是如何开始的?一开始,Materialise的团队与航空客户的团队之间举行信息共享会议,确定与传统制造相比,3D打印可以为哪些应用和操作提供优势。
 
然后,工程师参与进来,看看哪些零部件可以适当地进行3D打印。接下来是成本分析,以确保3D打印的零件更具成本效益。一般而言,零部件越复杂,传统制造的成本就越高。
Materialize的软件优化了支撑结构的设计,帮助设计人员提高无人机制造的效率。
 
Materialize的软件优化了支撑结构的设计,帮助设计人员提高无人机制造的效率。
 
下一步是走进航空客户的工厂,以确定关键点所在以及3D打印可以进一步进行协助的地方。通常会发现能从3D打印定制化生产中受益的零件和工艺,例如夹具和钻孔卡具。
 
Materialise将确定强度和功能性方面的要求,以满足高度管制的航空航天工业的需求。然后,他们确定零件,用轻质结构设计它们,并在3D打印软件中运行这些设计以进行优化和准备打印工作。3D打印独有的网格结构使零件具有相同的强度和功能,同时能减少材料,并减轻整体重量。
 
用于航天器的3D打印钛插入件的晶格结构横截面,在减轻重量的同时还能优化强度。
用于航天器的3D打印钛插入件的晶格结构横截面,在减轻重量的同时还能优化强度。
 
适航零件
 
2015年底,Materialise在通过3D打印实现轻量化的一个案例中,制造了适航的增材制造零件,并获得了EN9100和EASA 21G认证。之后他们与空客合作,为A350 XWB制造塑料零部件,使燃料消耗减少了25%,其中3D打印的零部件做出了重要贡献。通过像Streamics生产管理软件这样的软件解决方案,航空业可以受益于这种可追溯且可重复的生产流程。
 
另一个值得一提的合作案例是328 Group。该公司负责Do328通勤客机的维护、修改和翻新。为了准备重新启动该飞机的批量生产,328 Group与Materialise合作,使塑料零部件更轻、生产更快、成本更低。
 
SoleonAgro无人机。
 
SoleonAgro无人机。
 
3D打印已进入航空航天业,主要用于小型零件制造,但未来很可能整个飞机框架都能进行3D打印。我们已经在较小的飞行器和无人机中看到了这一点,SoleonAgro就是一个很好的例子。该无人机用于农业中的生物害虫控制,它通过3D打印进行快速原型设计、测试和设计验证,降低了产品开发成本,再将整个设计进行打印。整个过程使Soleon能够灵活地设计无人机,以满足从害虫控制到摄影的各种客户需求。
 
不断发展的应用
 
随着行业继续看到3D打印在航空航天业的价值,我们也期望开发现场3D打印,这将减少零件的供应链、运输和存储成本。现场打印还可以提供定制化零部件的实时设计、加工、测试和实施。
 
用金属进行3D打印的软件和过程也在迅速发展,这将对航空航天制造流程产生巨大影响。航空零部件的设计要求变化很快,而3D打印能更快、更简单地实现设计的更改,以减少昂贵的试验和错误成本。
 
未来5到10年将迎来激动人心的变化,航空航天业与3D打印的合作将日益发展。我们迫不及待想看到这一幕。
 
Materialise, www.materialise.com
 
Soleon, www.soleon.it/en
 
328 Group, www.328group.eu
 
相关链接:
 
去年10月在慕尼黑举行的第一届慕尼黑技术大会(Munich Technology Conference)上,行业专家讨论了增材制造(AM)的关键趋势,以及价值链中的参与者如何成为进步的催化剂。
 
几千年来,人们使用工具和机器从石头或金属上切割形状。作为增材制造的基础,3D打印颠覆了这种方法。用德国亚琛工业大学Schleifenbaum教授的话来说:“增材制造的美在于你可以直接将一个想法变为现实。”
 
工程师可以复制自然界中的形状和设计对象来创造一个物品,以实现精确的功能。可以通过逐层添加材料(金属、塑料或陶瓷)来构建新的对象。这使得增材制造技术成为未来数字化工厂的先驱,这些工厂将能够制造从涡轮机部件到髋关节置换件的任何产品。正如欧瑞康增材制造业务部门负责人Florian Mauerer所说:“增材制造是数字化最具体的方面。”
 
同样重要的是,增材制造有能力通过改进和效率来显著改变制造业的前景,同时将能在更多地方设立制造工厂,而无需考虑当地的劳动力成本。
 
航空航天业是应用金属增材制造技术的重要先驱。增材制造正在帮助这个行业提高生产效率和实现智能化,以加强性能、控制排放和提高安全性。
 
这些目标与航空航天业的绩效目标一致。正如空客公司的Jonathan Meyer指出的那样:“航空航天领域的主要推动因素是二氧化碳排放目标和零件的‘高价值密度'。”
 
由于增材制造所带来的设计灵活性,工程师能开发新的几何形状的复杂产品。从发动机和涡轮机零件到机舱内部组件,所有这些都可以实现功能的改进,并减轻重量。
 
“在为空客运输机制造的产品中,增材制造使零件数量减少了98%,重量减少了48%,成本减少了30%,同时还能保持性能处于同一水平。”Premium Aerotec的Gerd Weber说道。
 
这些进步是实现更高燃油效率和减少二氧化碳排放的关键。通过计算,在飞机寿命的30年内,每架飞机的重量每减少500克,就可以减少30万吨的二氧化碳排放量,从而大大降低航空业的碳足迹。
 
MTU航空发动机公司首席项目官Michael Schreyögg指出了另一个好处:“增材制造可以通过创新的冷却设计提高飞机发动机效率。”改进的冷却使得发动机能在更高的温度下运转,从而提高了发动机效率。
 
增材制造现在用于原型设计和小批定制化组件生产。然而,这里蕴含的可能性是巨大的,我们可以预见未来出现大规模定制和大规模生产的突破。
 
“增材制造可以用于小体积零部件制造,它可以进行快速的原型设计,从而加快创新周期,”Meyer补充道,“对于体积更大的零件,它也有很多好处:优化的零件生产、更集成的结构,以及更少的供应中断。”
 
增材制造的发展可以为创新价值链中的新商业模式和机遇铺平道路。新的维修和更换业务也即将出现。与此同时,西门子等公司正在计划解决设计和软件方案等问题。