產(chan) 品開發的快速通道

關(guan) 於(yu) 增材製造的能力無需過多贅述，因為(wei) 設備本身就是一個(ge) 活生生的證明。早在2012年的時候，空客隻有一台250W（250*250*280mm）的LBM設備投入了使用，而現在使用中的設備有二到四台400W/1kW(最大尺寸800*400*500mm)的激光設備，這一爆發性的擴張趨勢將隨著未來十年裏將出現的多重激光器的到來一直持續。

對於(yu) 公司的中期（2020年起），低成本產(chan) 品的商業(ye) 案例也是可行的。伴隨著目前已完成的250多個(ge) 金屬增材製造項目，空客七年來學到的關(guan) 鍵啟示是增材製造將能夠實現高度一體(ti) 化和多功能的產(chan) 品，在未來的生態和環境足跡方麵將有很大的機會(hui) 。

材料、加工和設備

首先是材料，由於(yu) 未來的業(ye) 務案例，空客首先專(zhuan) 注的材料是鈦（Ti6-4），隨後是Inox，Inox計劃在2018年底開始鋁的應用。從(cong) 2015年底開始，用在Ti6-4鈦上的激光束熔或電子束熔（LBM/EBM）的增材製造工藝已經達到了TRL6的級別，另外，首個(ge) 低速率係列部件也又空客的子公司Premium Aerotech在2015年底完成。

對於(yu) 一係列的應用來說，從(cong) 2018年開始在Scalmalloy上還有一次機會(hui) ，Scalmalloy是空客子公司AP-Work經營的一種高性能鋁合金。2018年開始，空客將會(hui) 有第一組增材製造材料用於(yu) 開始真正的係列化生產(chan) 。未來增材製造係列應用的最大挑戰之一是低成本金屬粉末的有效供應，因此看到全世界圍繞著這一未來的需求而運轉，是非常令人愉悅的。

其次到工藝，熔融沉積成型（FDM；使用Stratasys Fortus的設備）目前已經連續兩(liang) 年用於(yu) 加工空客的A350部件，使用聚酰胺（PA）的選擇性激光燒結（SLS）已被用於(yu) 空客新的Beluga運輸機的支架和直升機的第一係列應用和展示部件的加工。而由於(yu) 阻燃性能有限，這個(ge) 技術至今沒有運用到民用飛機上。

最後到設備，增材製造設備供應商的數量正在迅速持續增長，使得世界市場的競爭(zheng) 越來越激烈。從(cong) 工業(ye) 的角度來看，在製造中的高質量的設備將在未來自動化增材製造設施中扮演關(guan) 鍵性角色。在未來十年裏，我們(men) 將看到很多不同設備尺寸和特定部件的增材製造設備，以及多功能增材製造係統。比如說，一個(ge) 荷蘭(lan) 的設備商能提供一個(ge) 熱處理一體(ti) 化設備，而DMG Mori的銑削中心則一體(ti) 化了一個(ge) HDR同軸送粉增材製造設備。

在飛機上的第一步

2014年二月，空客經過為(wei) 期兩(liang) 年的項目，首次向一家航空公司提供了第一台3D打印的FDM備件，並重新設計了一個(ge) 三十年曆史的客艙座椅部件手動繪圖。3D打印設備是純數字化的產(chan) 品，它生產(chan) 的數量是根據空客的要求而彈性地製定，而不是根據死板的庫存計劃而定。

從(cong) 2014年開始，新的A350試驗飛機上首批數百架飛行試驗架FDM應用，並且首先使用LBM工藝生產(chan) 的鈦仿生座艙支架，並經過兩(liang) 年的測試後, 2014年6月在A350上采用了新的拓撲優(you) 化設計方法（圖一）。 正如這些實驗在增材製造的實際工業(ye) 用途上已經展現的技術可行性和未來潛力，它們(men) 也已經極大地幫助了空客未來的增材製造應用的發展。

圖一：通過LBM加工的鈦合金仿生客艙支架。

在飛行安全相關(guan) 液壓部件中已經展現了增材製造的能力。 到目前為(wei) 止，大部分LBM項目已經生產(chan) 了，其中95％由空中客車公司合作夥(huo) 伴Laser Center North（LZN），Hofmann Innovation Group，Toolcraft和AP-Works等公司負責生產(chan) 。

應用案例

高速研發進程。測試中的高科技目標（THOR）飛機，一個(ge) 幾乎完全由塑料和幾個(ge) 鋁製零件打印的3.7米可飛行平台，飛行重量小於(yu) 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（THOR）飛機，純粹的增材製造產(chan) 物。

飛行測試LBM硬件。在幾台A350 / A330NEO測試飛機上測試了鈦、不鏽鋼和鋁部件的性能，包括用於(yu) 垂直尾翼的鋁合金相機蓋（圖3）。


圖3.使用LBM生產(chan) 用於(yu) 垂直尾翼平麵的鋁相機蓋。

首批在飛機構造上使用的鈦。 首款於(yu) 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(wei) 不需要鑄造工具，並且交貨時間從(cong) 幾個(ge) 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。

首批拓撲優(you) 化鈦支架。 A350飛機的第一個(ge) 連續PAG增材製造的零件，其重量到2017年第四季度將能減少30％。

飛行安全相關(guan) 增材製造的液壓部件。 2017年3月30日，在A380飛機上首個(ge) 飛行安全相關(guan) 增材製造部件使飛行重量減少了35％（圖5）。


圖5.這種與(yu) 飛行安全相關(guan) 的增材製造的部件減輕了A380飛機35％的重量。
 

從(cong) 第一個(ge) 部件到清潔薄片設計

進入增材製造新領域的第一步是1：1的可替換的增材製造部件，而下一步是重新考慮完整的部件，目標是充分利用通過增材製造免費的多功能、高度一體(ti) 的“清潔薄片設計”。 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(ge) 部件和鉚釘製成。 這意味著大約有120個(ge) 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）。

 增材製造允許我們(men) 真正重新考慮一種產(chan) 品，例如將巨型睡蓮結構複製到擾流板中，或將超薄模具的成長轉移到設計數學中，如3D設計軟件公司Autodesk和其他合作夥(huo) 伴的Bionic-Partition項目所示。 該項目展示了與(yu) 未來增材製造生產(chan) 相關(guan) 的通用設計方法的功能，從(cong) 而減少了45％的飛機重量，因此將可以為(wei) 每架A320飛機每年節省約3噸燃料（圖6）。
圖6. Bionic-Partition項目展示了與(yu) 未來增材製造生產(chan) 相關(guan) 聯的通用設計方法的功能，為(wei) A320飛機每年節省約3噸燃料。

展望2025

2016年，我們(men) 在10所大學和研究機構的幫助下開始製定2025年的景願，著眼於(yu) 產(chan) 品快速開發、無需模具、按需生產(chan) 、減少原材料需求、減少重量變化， 更多的使用增材製造。

為(wei) 使增材製造市場繼續發展，必須組織和開發完整的工業(ye) 化體(ti) 係。 最大的挑戰是了解“清潔薄片設計”未來的產(chan) 品機會(hui) ，並開發所有必要的設計原則和工業(ye) 軟件解決(jue) 方案。 那麽(me) 所有這一切都必須得到驗證，包括新的要求和政府的認可。