在95%的時間里,增材制造讓每個項目都更簡單、更便宜、更快捷地投入實施,而不是為了決策嘗試通過深入調(diào)查來得到那些永遠(yuǎn)在升級的基數(shù)。
產(chǎn)品開發(fā)的快速通道
關(guān)于增材制造的能力無需過多贅述,因為設(shè)備本身就是一個活生生的證明。早在2012年的時候,空客只有一臺250W(250*250*280mm)的LBM設(shè)備投入了使用,而現(xiàn)在使用中的設(shè)備有二到四臺400W/1kW(最大尺寸800*400*500mm)的激光設(shè)備,這一爆發(fā)性的擴張趨勢將隨著未來十年里將出現(xiàn)的多重激光器的到來一直持續(xù)。
對于公司的中期(2020年起),低成本產(chǎn)品的商業(yè)案例也是可行的。伴隨著目前已完成的250多個金屬增材制造項目,空客七年來學(xué)到的關(guān)鍵啟示是增材制造將能夠?qū)崿F(xiàn)高度一體化和多功能的產(chǎn)品,在未來的生態(tài)和環(huán)境足跡方面將有很大的機會。
材料、加工和設(shè)備
首先是材料,由于未來的業(yè)務(wù)案例,空客首先專注的材料是鈦(Ti6-4),隨后是Inox,Inox計劃在2018年底開始鋁的應(yīng)用。從2015年底開始,用在Ti6-4鈦上的激光束熔或電子束熔(LBM/EBM)的增材制造工藝已經(jīng)達(dá)到了TRL6的級別,另外,首個低速率系列部件也又空客的子公司Premium Aerotech在2015年底完成。
對于一系列的應(yīng)用來說,從2018年開始在Scalmalloy上還有一次機會,Scalmalloy是空客子公司AP-Work經(jīng)營的一種高性能鋁合金。2018年開始,空客將會有第一組增材制造材料用于開始真正的系列化生產(chǎn)。未來增材制造系列應(yīng)用的最大挑戰(zhàn)之一是低成本金屬粉末的有效供應(yīng),因此看到全世界圍繞著這一未來的需求而運轉(zhuǎn),是非常令人愉悅的。
其次到工藝,熔融沉積成型(FDM;使用Stratasys Fortus的設(shè)備)目前已經(jīng)連續(xù)兩年用于加工空客的A350部件,使用聚酰胺(PA)的選擇性激光燒結(jié)(SLS)已被用于空客新的Beluga運輸機的支架和直升機的第一系列應(yīng)用和展示部件的加工。而由于阻燃性能有限,這個技術(shù)至今沒有運用到民用飛機上。
最后到設(shè)備,增材制造設(shè)備供應(yīng)商的數(shù)量正在迅速持續(xù)增長,使得世界市場的競爭越來越激烈。從工業(yè)的角度來看,在制造中的高質(zhì)量的設(shè)備將在未來自動化增材制造設(shè)施中扮演關(guān)鍵性角色。在未來十年里,我們將看到很多不同設(shè)備尺寸和特定部件的增材制造設(shè)備,以及多功能增材制造系統(tǒng)。比如說,一個荷蘭的設(shè)備商能提供一個熱處理一體化設(shè)備,而DMG Mori的銑削中心則一體化了一個HDR同軸送粉增材制造設(shè)備。
在飛機上的第一步
2014年二月,空客經(jīng)過為期兩年的項目,首次向一家航空公司提供了第一臺3D打印的FDM備件,并重新設(shè)計了一個三十年歷史的客艙座椅部件手動繪圖。3D打印設(shè)備是純數(shù)字化的產(chǎn)品,它生產(chǎn)的數(shù)量是根據(jù)空客的要求而彈性地制定,而不是根據(jù)死板的庫存計劃而定。
從2014年開始,新的A350試驗飛機上首批數(shù)百架飛行試驗架FDM應(yīng)用,并且首先使用LBM工藝生產(chǎn)的鈦仿生座艙支架,并經(jīng)過兩年的測試后, 2014年6月在A350上采用了新的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計方法(圖一)。 正如這些實驗在增材制造的實際工業(yè)用途上已經(jīng)展現(xiàn)的技術(shù)可行性和未來潛力,它們也已經(jīng)極大地幫助了空客未來的增材制造應(yīng)用的發(fā)展。
圖一:通過LBM加工的鈦合金仿生客艙支架。
在飛行安全相關(guān)液壓部件中已經(jīng)展現(xiàn)了增材制造的能力。 到目前為止,大部分LBM項目已經(jīng)生產(chǎn)了,其中95%由空中客車公司合作伙伴Laser Center North(LZN),Hofmann Innovation Group,Toolcraft和AP-Works等公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)。
應(yīng)用案例
高速研發(fā)進程。測試中的高科技目標(biāo)(THOR)飛機,一個幾乎完全由塑料和幾個鋁制零件打印的3.7米可飛行平臺,飛行重量小于25公斤。 圖2顯示了正在使用的THOR飛機。
圖2.飛行中的高科技目標(biāo)(THOR)飛機,純粹的增材制造產(chǎn)物。
飛行測試LBM硬件。在幾臺A350 / A330NEO測試飛機上測試了鈦、不銹鋼和鋁部件的性能,包括用于垂直尾翼的鋁合金相機蓋(圖3)。
圖3.使用LBM生產(chǎn)用于垂直尾翼平面的鋁相機蓋。
首批在飛機構(gòu)造上使用的鈦。 首款于2016年交付的高性能AEROTEC(PAG)鈦雙壁燃料連接器取代焊接鑄件組件的成本降低了約50%,因為不需要鑄造工具,并且交貨時間從幾個月降至11周( 圖4)。
圖4.替代焊接鑄件組件的鈦雙壁燃料連接器。
首批拓?fù)鋬?yōu)化鈦支架。 A350飛機的第一個連續(xù)PAG增材制造的零件,其重量到2017年第四季度將能減少30%。
飛行安全相關(guān)增材制造的液壓部件。 2017年3月30日,在A380飛機上首個飛行安全相關(guān)增材制造部件使飛行重量減少了35%(圖5)。
圖5.這種與飛行安全相關(guān)的增材制造的部件減輕了A380飛機35%的重量。
從第一個部件到清潔薄片設(shè)計
進入增材制造新領(lǐng)域的第一步是1:1的可替換的增材制造部件,而下一步是重新考慮完整的部件,目標(biāo)是充分利用通過增材制造免費的多功能、高度一體的“清潔薄片設(shè)計”。 這可以是具有三部分組件的液壓單元或支架,其以前由126個部件和鉚釘制成。 這意味著大約有120個零件成本的零件,使組裝減少了95%(而沒有模具維護,庫存和物流)。
增材制造允許我們真正重新考慮一種產(chǎn)品,例如將巨型睡蓮結(jié)構(gòu)復(fù)制到擾流板中,或?qū)⒊∧>叩某砷L轉(zhuǎn)移到設(shè)計數(shù)學(xué)中,如3D設(shè)計軟件公司Autodesk和其他合作伙伴的Bionic-Partition項目所示。 該項目展示了與未來增材制造生產(chǎn)相關(guān)的通用設(shè)計方法的功能,從而減少了45%的飛機重量,因此將可以為每架A320飛機每年節(jié)省約3噸燃料(圖6)。
圖6. Bionic-Partition項目展示了與未來增材制造生產(chǎn)相關(guān)聯(lián)的通用設(shè)計方法的功能,為A320飛機每年節(jié)省約3噸燃料。
展望2025
2016年,我們在10所大學(xué)和研究機構(gòu)的幫助下開始制定2025年的景愿,著眼于產(chǎn)品快速開發(fā)、無需模具、按需生產(chǎn)、減少原材料需求、減少重量變化, 更多的使用增材制造。
為使增材制造市場繼續(xù)發(fā)展,必須組織和開發(fā)完整的工業(yè)化體系。 最大的挑戰(zhàn)是了解“清潔薄片設(shè)計”未來的產(chǎn)品機會,并開發(fā)所有必要的設(shè)計原則和工業(yè)軟件解決方案。 那么所有這一切都必須得到驗證,包括新的要求和政府的認(rèn)可。
翻譯/Nick
Source: Industrial Laser Solution
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