在飛機發動機研發過程中，3D 打印的測量支架被用於(yu) 溫度和壓力測量，以便確定飛機發動機的功率大小。

安全是航空航天業(ye) 的重中之重。為(wei) 了降低昂貴材料的成本、減輕飛機零件的重量，航空航天製造業(ye) 正在尋找新的生產(chan) 製造方式，但屬於(yu) 高科技行業(ye) 的航空航天工業(ye) 領域也對增材製造技術持懷疑態度。因此，隻有那些有說服力的新技術案例才有助於(yu) 改變這種懷疑態度。

位於(yu) 西班牙的Ramem公司是一家專(zhuan) 門設計、生產(chan) 和製造機械、電子產(chan) 品的公司。這家總部位於(yu) 馬德裏的公司，所生產(chan) 的飛機零部件形狀非常複雜，並且有著非常高的航空航天技術要求。“我們(men) 的航空航天領域中生產(chan) 許多小批量的產(chan) 品，因此很長時間以來就一直致力於(yu) 增材製造技術的研究。在減輕重量、減少配套組件和節約成本方麵，增材製造技術有著比傳(chuan) 統生產(chan) 製造技術更多的可能性。”公司研發經理SilviaLópez-Vidal女士解釋說道。

準備起飛

除了了解增材製造技術的潛力之外，Ramem公司還將增材製造技術列為(wei) 推動企業(ye) 發展的重大戰略。“遲早有一天增材製造技術會(hui) ‘飛到’航空航天領域中來。因此，我們(men) 現在的工作就是盡早為(wei) 這樣的‘起飛’做好技術儲(chu) 備。”López-Vidal女士說道。.

因此，Ramem公司的工程師們(men) 聚精會(hui) 神地仔細分析所生產(chan) 的零件，以便確定它們(men) 是否能夠在增材製造技術的幫助下帶來更多的經濟效益。其中一個(ge) 被稱為(wei) 測量支架的零件是最有希望采用增材製造技術的。這也是航空發動機研發過程中確定航空發動機性能、對壓力和溫度進行高精度測量時使用的支架。

這一測量支架有著很高的技術要求：它在發動機的尾噴管內(nei) 工作，工作時承受著極端的高溫、應力和高壓。高尺寸精度和光滑的空氣動力學表麵質量要求對測量結果的準確性都有著重要的影響。

高要求的精致零件

測量支架由四個(ge) 零件組成。這些零件都需要經過精心的銑削加工、手工組裝並最後一個(ge) 個(ge) 焊接在一起。測量支架的關(guan) 鍵是多個(ge) 空心短管。這些空心短管都是沿著細長的測量支架，從(cong) 支架後方插入到支架體(ti) 內(nei) ，並最終焊接在采樣點的位置處。

這一根根短管的壁厚不到0.3mm。而測量支架體(ti) 又是一個(ge) 封閉的整體(ti) 。“將短管插入到支架體(ti) 內(nei) 需要集中很高的注意力——認真仔細，小心翼翼，這樣才能滿足裝配精度的要求。如果其中的任何一根短管的位置不正確則整個(ge) 測量支架都成了廢品。而且短管的尺寸公差僅(jin) 有±0.05mm，其端部還有一個(ge) 安裝溫度傳(chuan) 感器的小孔。”López-Vidal女士說。

在飛機發動機研發過程中，3D 打印的測量支架被用於(yu) 溫度和壓力測量，以便確定飛機發動機的功率大小。

Ramem公司的工程師們(men) 很清楚：需要繡花般細心製作的測量支架最適合采用增材製造技術了。最重要的是：要對測量支架的結構設計進行改進，使之適合於(yu) 采用增材製造技術。承擔改進設計的是增材製造專(zhuan) 業(ye) 企業(ye) Prodintec公司。一旦增材製造技術的應用取得了成功，則測量支架的零件數量就會(hui) 從(cong) 四個(ge) 減少到一個(ge) 。但，盡管付出了種種努力，第一次嚐試的結果是非常令人失望的：“在增材製造過程中細長的支架體(ti) 出現了變形，在支架體(ti) 細小的通道內(nei) 殘留了一些3D打印的金屬粉末和其他固體(ti) 雜質。另外，3D打印的結果既沒有滿足尺寸精度的要求也沒有滿足光滑的表麵質量要求。”López-Vidal女士解釋說道。

帶來突破的第一個(ge) 原型樣件

López-Vidal女士和她領導的團隊並沒有因這次挫折而止步。在2017年度的法蘭(lan) 克福國際精密成型及3D打印製造展覽會(hui) Formnext上，她和通快公司增材製造項目經理JuliaMoll女士及其團隊進行了交談，向他們(men) 介紹了測量支架3D打印中遇到的問題。“通快公司增材製造技術的開發人員向我們(men) 保證：用它們(men) 的激光器和金屬粉末能夠解決(jue) 我們(men) 的問題。”López-Vidal女士說道。他們(men) 用Prodintec公司設計改進設計的測量支架CAD圖形開始嚐試著解決(jue) 問題。

通快公司利用 Truprint 1000 型 3D 打印機打印的測量支架。

“測量支架打印中遇到的最大挑戰是支架的放置位置和方向。我們(men) 必須設計好測量支架打印過程中的放置位置和方向，以便在沒有支撐結構的情況下完成整個(ge) 支架的全部打印過程。我們(men) 不能將支撐結構設計在要求很高的支架頂部，或者設計在支架體(ti) 內(nei) 部。另外我們(men) 還必須確保不出現熱變形。這也不是一件容易的事情：因為(wei) 測量支架的壁厚太薄了。”JuliaMoll女士說。

通快公司在Truprint1000型3D打印機中打印了1,000件測量支架，而這第一批3D打印的測量支架質量就令人信服：“借助於(yu) 3D掃描技術我們(men) 可以證明增材製造打印的零件滿足了幾何精度的要求，借助於(yu) 顯微照片我們(men) 確定了3D打印零件的表麵密度達到了99.95%。”JuliaMoll女士解釋說。但增材製造技術專(zhuan) 家們(men) 想了解的更多一些。他們(men) 找來了X光和計算機斷層掃描係統Yxlon，與(yu) 生產(chan) 廠家一起對原型樣件進行了CT掃描。CT掃描檢查的是支架通道是否完全暢通和微孔的大小。另外，專(zhuan) 家們(men) 還利用自動檢測技術檢查了測量支架內(nei) 部的40多個(ge) 尺寸。結果都很好：通道是連續、暢通的，微孔尺寸都小於(yu) 100μm，所有尺寸都滿足了尺寸公差的要求。

節約了將近80%的生產(chan) 成本

增材製造專(zhuan) 家們(men) 完美地完成了開發任務，“通過改進設計，縮短了生產(chan) 加工時間，所使用的金屬材料也減少了80%左右。經過核算，3D打印可以為(wei) 我們(men) 節約74%的總成本。這在行業(ye) 領域中絕對是最佳成績了。”JuliaMoll女士非常滿意。

現在，實際的生產(chan) 開始了，“重要的是繼續關(guan) 注增材製造技術，並不斷地告訴決(jue) 策者們(men) 采用增材製造技術的可能性。我們(men) 用測量支架的例子再次證明了增材製造技術的應用潛力。但航空工業(ye) 領域是一個(ge) 非常敏感的市場領域，我們(men) 說服飛機製造商在結構件和其他重要的飛機零部件中采用增材製造技術尚需時日。但是，我們(men) 和其他一些大型供應商企業(ye) 正在不斷地豐(feng) 富我們(men) 的增材製造專(zhuan) 業(ye) 知識這一事實就已經證明：我們(men) 相信這項技術一定能夠獲得成功。”對於(yu) 未來，López-Vidal女士仍滿懷期待。