據福布斯報道,3D打印技術異軍(jun) 突起,占據了各行各業(ye) 令人難以置信的廣泛領域,包括食品、醫療保健、零售商品,現在更是進入了航空航天領域。航空業(ye) 發展主要受製於(yu) 以下因素:飛機重量、運營成本、環境影響和配載量。3D打印的技術名稱又叫添加劑層製造技術(ALM),是一項革命性的新技術,改變了以上所述四個(ge) 方麵。該技術被證明是飛機設計和製造的真正創新。
ALM技術為(wei) 飛機製造打開了一扇新的大門。與(yu) 過去通過切割整塊材料來生產(chan) 部件不同,它的工作原理是從(cong) 內(nei) 到外,一層一層製造出航材部件。產(chan) 品由計算機輔助設計(CAD)而成,由細小的顆粒或融化的塑膠組成,通過層層疊加製造,直到最終形成堅固完整的部件產(chan) 品。
3D打印技術解除了許多傳(chuan) 統生產(chan) 方法的束縛。傳(chuan) 統生產(chan) 方法使用的昂貴的染料、成型工具或模具都不再需要了,再複雜的設計在生產(chan) 過程中也無需額外花費,因為(wei) 激光技術無論生產(chan) 簡單還是複雜的形狀都是同樣的製造過程。生產(chan) 時間從(cong) 幾個(ge) 月降低至幾天,並且可以自由設計,把產(chan) 品重量降至最輕,但卻不會(hui) 影響其固有強度。
除此之外,無論生產(chan) 什麽(me) 組件,ALM技術使用的原材料跟傳(chuan) 統的減量加工法比起來都少得多,減少量可以達到90%;而且幾乎不產(chan) 生廢料,廢料的比例僅(jin) 為(wei) 5%至10%,而且還可以再回收利用,而目前的生產(chan) 工藝會(hui) 產(chan) 生90%至95%的廢料。
試水
2012年,空中客車小組在首架A350XWB飛機上安裝係統時,發現缺少了在飛機係統和結構間可活動的支架,這有可能會(hui) 導致時間延遲。但幸運的是,當時已有的這項智能技術使得工作在期限內(nei) 圓滿完成了。
“我們(men) 需要的支架的負載和尺寸都在3D打印機適用的範圍內(nei) ,3D打印技術在當時已經開始商用,隻是還沒有被空中客車采用,”3D打印項目主管伯夫(Pierre-Alain Boeuf)如是說。該小組當時向空中客車首席執行官法布裏斯•布利葉(Fabrice Brégier)推薦了這個(ge) 想法。
“我們(men) 解釋說,因為(wei) 我們(men) 已經有了這些支架的3D設計,如果我們(men) 買(mai) 一台足夠大的打印機,就可以自己生產(chan) 了,”伯夫接著說,“法布裏斯幾乎立刻就批準了預算。”
第一台打印機於(yu) 2012年4月運達空中客車工廠,很快就開始生產(chan) 它的首批部件。生產(chan) 出來的支架迅速獲得了可用於(yu) 飛行用途的資質,有些甚至安裝在用於(yu) 飛行測試的飛機上。空中客車小組自然非常高興(xing) ,因為(wei) 他們(men) 的這個(ge) 想法從(cong) 一個(ge) 建議到真正安裝在飛機上僅(jin) 僅(jin) 花費了兩(liang) 個(ge) 月。直至2013年7月,空中客車已經打印了1300個(ge) 部件,在支架的供應上平均就節省了44天的交期,其它有些部件甚至節省了超過100天,工具的成本和供應上也降低了70%。
“這項技術可完美應用於(yu) 量少的部件,而且特別適用於(yu) 設計打樣。我們(men) 仍在尋找其它有可能應用此項技術的地方,目前看來潛力巨大,”伯夫表示。
首航
兩(liang) 年後,一個(ge) 使用3D打印技術生產(chan) 的組件在一架商用空中客車飛機上開始首航。這個(ge) 小小的塑料部件,安裝在加拿大越洋航空公司的A310飛機上,於(yu) 2月初起飛,成為(wei) 航材部件產(chan) 業(ye) 革命性變革的先驅。
這個(ge) 硬塑料噴漆部件是安裝在機組座椅背後的一塊麵板,用來固定座椅安全帶,長度約為(wei) 10至40厘米。這塊不起眼的麵板卻造成了小小的轟動:因為(wei) 它代表了飛機航材部件生產(chan) 的變革範例。“3D打印技術使得我們(men) 能以有效的成本‘按需’生產(chan) 那些需求量比較少的部件,並迅速提供給客戶,” Satiar集團添加層製造技術解決(jue) 方案主管博格(Mareike Boeger)表示。
航材部件是3D打印的一個(ge) 主要客戶備選,但需求量一直以來都很難計算。空中客車機隊的大部分航材部件都很少提出需求,那些在兩(liang) 年內(nei) 平均訂購了5次的航材就已經被認為(wei) 是“高頻需求”。不過,即便某種機型已經停產(chan) ,隻要該機型有至少5架飛機在役,空中客車都必須確保所有組件都有庫存,或者至少在有需要的時候能在很短時間內(nei) 得到。
例如,A300/A310飛機預計到2050年仍會(hui) 有航材備件需求,今天共有415架該機型的寬體(ti) 機運行。“目前我們(men) 庫存約有350萬(wan) 件備件,”博格表示,“這要占用大量的庫存空間,也束縛了我們(men) 的現金流。”夠理由更深度的探索3D打印技術應用的可能性了。
“我們(men) 很高興(xing) 自己的想法推動了A350XWB項目的發展,但是我必須在全公司範圍內(nei) 強調可以將這項技術擴展至更廣泛的工作中去,”博格總結說,“3D打印已經為(wei) 我們(men) 節省了許多成本,但它的未來發展空間必將更加廣闊。”
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