美国sae网站2015年8月11日刊文,介绍3D打印在航空航天业的前世今生。
3D打印技术【又称增材制造(AM),可制造喷气发动机燃油喷嘴、太空飞行用金属火箭喷油嘴等】起源于航空航天业者对用何种技术制造出更好零件的探索。航空航天业能否继续扩大采纳AM的关键在于以下因素。
招募和培养专业人才
如不涉及昂贵模具和结构改变,学习运用AM而非仅把传统零件转成AM零件的年轻工程师会接受由AM提供的迭代(不断用变量的旧值递推新值)设计工艺。把AM整合进制造商生产线带来的转型与拥护该技术的年轻工程师一道具有里程碑式的换岗意义。2015年“沃勒斯(全球最权威AM业独立咨询机构)报告”强调及早对年轻设计师开展AM培训,使之考虑专门为AM设计零件而非被约束在传统制造局限中;但教育培训资源的全球性短缺影响它实现所有潜力。
多元化随标准化而来
很适合中小制造商的3D打印法通过降低计划研发成本并经济地生产一次性、小批量零件的工艺交付高性能热塑性塑料产品。想投资3D打印的公司必须跨越的两个关键障碍是标准化和FAA认可的设计许可。由于标准(确保3D打印工艺可靠地生产稳定、已知机械性能的零件)还未出台,因此想涉足投资3D打印的中小公司仍在持币观望。大型航空航天公司瓜分了研发该技术工艺标准的工作:美国制造(有66家成员机构的美国制造业创新研究所)、ASTM(美国材料与试验协会)和SAE国际(国际自动机工程师学会)等机构发起的研发术语、测试方法和工艺改进倡议正在进行之中。
复杂性与定制零件
3D打印可通过允许合并多个组件来建造单个部件而大大简化复杂零件,因而削减紧固件、胶粘剂和焊接总体用量,从而减少与接合相关的潜在故障模式,最小化组装时间并简化物料清单和库存管理,从而降低成本、提高生产率。
NASA把3D打印用于火箭喷油嘴替代制造方法的探索是该技术导致制造劳动与时间难以置信地降低的最好范例。最近,3D打印和增材制造解决方案全球领导者美国Stratasys公司与NASA马歇尔太空飞行中心合作研制原来有163个分立部件的功能样机喷油嘴(使之成为所设计过的NASA最复杂火箭发动机零件),他们用3D打印技术大大简化了其结构。
3D打印能需要的位置增加复杂度:很容易绘出由直线和圆构成的简单几何图形,零件减少也简化了制备方法,如在应力集中处常选用整体更厚的备料;3D打印还可进行局部加强,如在需加强区域用蜂窝状晶格结构、在载荷较小或零载荷段移除材料。
3D打印的定制化收益使航空公司和总装中心能比传统制造更具成本效益率地创建小批量零件。为获得精致的表面,用户转向3D打印工艺如DMLS(直接金属激光烧结)和SLS(选择性激光烧结)及精加工工艺(抛光表面层)。
前景
stratasys公司预测,未来10年内每架商用飞机上都有3D打印零件。