從波音公司應(yīng)用案例看3D打印發(fā)展趨勢

來源：結(jié)構(gòu)優(yōu)化論壇

波音公司是世界上最大的民用與軍用飛機(jī)制造商，是全球航空航天業(yè)的翹楚,。波音公司下設(shè)兩個業(yè)務(wù)部門：波音民用飛機(jī)集團(tuán)和波音綜合防御系統(tǒng)集團(tuán),，設(shè)計(jì)并制造旋翼飛機(jī)、民用和軍用飛機(jī),、電子和防御系統(tǒng),、導(dǎo)彈,、衛(wèi)星、發(fā)射裝置,、以及先進(jìn)的信息和通訊系統(tǒng),。波音公司是美國國家航空航天局的主要服務(wù)提供商，運(yùn)營著航天飛機(jī)和國際空間站,。

波音現(xiàn)有的主要民機(jī)產(chǎn)品包括707,、717、737,、747,、767、777,、787系列飛機(jī)和波音公務(wù)機(jī),。作為制造業(yè)的巨頭，波音公司對3D打印的青睞毋庸置疑,。波音公司從1997年起就開始使用3D打印技術(shù)了,，在10個不同的飛機(jī)制造平臺上已經(jīng)3D打印了超過50000個金屬零部件，在最新的波音787“夢幻飛機(jī)”上有30個打印的零件,。

金屬結(jié)構(gòu)件
鈦是昂貴的材料,，3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)鈦合金結(jié)構(gòu)件的近凈成形制造，更為有效的控制鈦合金零部件制造成本,。
波音787飛機(jī)部分鈦合金結(jié)構(gòu)件由Norsk Titanium公司快速等離子沉積技術(shù)3D打印制造,，替代鍛造等傳統(tǒng)制造工藝。

NorskTitanium公司表示,，通過快速等離子沉積技術(shù)3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件,，將最終為每架787飛機(jī)節(jié)省200萬美元-300萬美元的成本。
該3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了一系列嚴(yán)格的測試,，最終在2017年2月獲得了首個FAA材料和生產(chǎn)工藝認(rèn)證,。標(biāo)志著波音公司3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件已經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。

工裝夾具
波音公司和美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory）2016年利用3D打印技術(shù)制作了一個工具：“trim-and-drill”,，用于制造下一代波音 777X 客機(jī)的機(jī)翼。

這個工具創(chuàng)造了一個3D打印最大物件的世界紀(jì)錄：長達(dá)5.3米,，重約759公斤,。3D打印的“trim-and-drill”由碳纖維和ABS樹脂構(gòu)成，制造時間為30個小時,。

傳統(tǒng)的“trim-and-drill”工具一般為金屬制造,，由第三方供應(yīng)商提供，需耗時3個多月,。在功能不變的前提下,，3D打印的“trim-and-drill”節(jié)省了大量成本,、人力和物力。未來波音公司將會在更多關(guān)鍵領(lǐng)域中應(yīng)用 3D 打印技術(shù),。

間接3D打印
波音公司HRL實(shí)驗(yàn)室利用3D打印技術(shù)研發(fā)了一種世界上最輕的金屬,。
該金屬結(jié)構(gòu)的99.99%都是空氣，固體結(jié)構(gòu)只占0.01%,，密度僅為0.9 g/L,。空心管壁厚度僅100納米,，比頭發(fā)細(xì)1000倍,。

其制造方法為：通過UV光固化聚合物3D打印模板，然后使用化學(xué)電鍍的方法為模板鍍上一層超薄的鎳,，再除掉聚合物模板材料,，只留下空心的金屬結(jié)構(gòu)。
該結(jié)構(gòu)是一種由相互連接的空心管金屬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu),，特點(diǎn)是重量輕,、高強(qiáng)度比和高特定剛性，并且?guī)�來各種熱力學(xué)特征,。

該材料的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得它可以從壓縮超過50%的比例中恢復(fù)過來,，并且具有非常高的能量吸收能力。適合用在抗沖擊/爆炸系統(tǒng),、或者充當(dāng)散熱介質(zhì),、微波吸收結(jié)構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)中。

波音公司將使用這種超輕的3D打印材料用于飛機(jī)墻面和地板等非機(jī)械部件,。這將使得飛機(jī)重量大大減輕,，提高飛機(jī)的燃油效率。波音聲稱該結(jié)構(gòu)可用于安全地吸收雞蛋從25層樓上落下來的沖擊力,。

從波音公司的應(yīng)用案例可以看到,，3D打印的其中一個發(fā)展趨勢是高效率、低成本的制造技術(shù),。

比如Norsk Titanium公司快速等離子沉積技術(shù),，是一種絲材3D打印技術(shù)，生產(chǎn)效率比SLM制造系統(tǒng)快50-100倍,。與現(xiàn)有的鍛造和機(jī)械加工相比,，所需的鈦原料減少25％-75％。

從波音公司的應(yīng)用案例還可以看到另一個發(fā)展趨勢是：3D打印用于制造生產(chǎn)工具或者間接利用3D打印技術(shù),。

3D打印不僅可以直接生產(chǎn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件,，也可以作為一種制造生產(chǎn)工具，解決飛機(jī)制造過程的難點(diǎn)痛點(diǎn),。這不失為一種擴(kuò)大3D打印應(yīng)用范圍的好思路,。