美國sae網站2015年8月11日刊文,介紹3D打印在航空航天業的前世今生。
3D打印技術【又稱增材制造(AM),可制造噴氣發動機燃油噴嘴、太空飛行用金屬火箭噴油嘴等】起源于航空航天業者對用何種技術制造出更好零件的探索。航空航天業能否繼續擴大采納AM的關鍵在于以下因素。
招募和培養專業人才
如不涉及昂貴模具和結構改變,學習運用AM而非僅把傳統零件轉成AM零件的年輕工程師會接受由AM提供的迭代(不斷用變量的舊值遞推新值)設計工藝。把AM整合進制造商生產線帶來的轉型與擁護該技術的年輕工程師一道具有里程碑式的換崗意義。2015年“沃勒斯(全球最權威AM業獨立咨詢機構)報告”強調及早對年輕設計師開展AM培訓,使之考慮專門為AM設計零件而非被約束在傳統制造局限中;但教育培訓資源的全球性短缺影響它實現所有潛力。
多元化隨標準化而來
很適合中小制造商的3D打印法通過降低計劃研發成本并經濟地生產一次性、小批量零件的工藝交付高性能熱塑性塑料產品。想投資3D打印的公司必須跨越的兩個關鍵障礙是標準化和FAA認可的設計許可。由于標準(確保3D打印工藝可靠地生產穩定、已知機械性能的零件)還未出臺,因此想涉足投資3D打印的中小公司仍在持幣觀望。大型航空航天公司瓜分了研發該技術工藝標準的工作:美國制造(有66家成員機構的美國制造業創新研究所)、ASTM(美國材料與試驗協會)和SAE國際(國際自動機工程師學會)等機構發起的研發術語、測試方法和工藝改進倡議正在進行之中。
復雜性與定制零件
3D打印可通過允許合并多個組件來建造單個部件而大大簡化復雜零件,因而削減緊固件、膠粘劑和焊接總體用量,從而減少與接合相關的潛在故障模式,最小化組裝時間并簡化物料清單和庫存管理,從而降低成本、提高生產率。
NASA把3D打印用于火箭噴油嘴替代制造方法的探索是該技術導致制造勞動與時間難以置信地降低的最好范例。最近,3D打印和增材制造解決方案全球領導者美國Stratasys公司與NASA馬歇爾太空飛行中心合作研制原來有163個分立部件的功能樣機噴油嘴(使之成為所設計過的NASA最復雜火箭發動機零件),他們用3D打印技術大大簡化了其結構。
3D打印能需要的位置增加復雜度:很容易繪出由直線和圓構成的簡單幾何圖形,零件減少也簡化了制備方法,如在應力集中處常選用整體更厚的備料;3D打印還可進行局部加強,如在需加強區域用蜂窩狀晶格結構、在載荷較小或零載荷段移除材料。
3D打印的定制化收益使航空公司和總裝中心能比傳統制造更具成本效益率地創建小批量零件。為獲得精致的表面,用戶轉向3D打印工藝如DMLS(直接金屬激光燒結)和SLS(選擇性激光燒結)及精加工工藝(拋光表面層)。
前景
stratasys公司預測,未來10年內每架商用飛機上都有3D打印零件。