利勃海爾引入 EOS 增材制造技術(shù),，用于民用航空器的液壓控制閥制造

來源：EOS

現(xiàn)在很多航空航天公司都認(rèn)識(shí)到增材制造技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢,，轉(zhuǎn)向增材制造（AM）,，以最大程度地減少復(fù)雜零件的生產(chǎn),，并創(chuàng)造出重量更輕的替代產(chǎn)品,�,？傮w而言,，該行業(yè)的公司一直在尋找減輕飛機(jī)和其他飛行器重量的方法，以優(yōu)化旅行條件并減少油耗,。

突破極限
利勃海爾,，全球領(lǐng)先航空工業(yè)供應(yīng)商，在行業(yè)供應(yīng)系統(tǒng)已超過五十年,。開發(fā),、生產(chǎn)和維修的設(shè)備包括飛行控制和制動(dòng)系統(tǒng)、起落架,、空氣管理系統(tǒng),、齒輪和變速箱。
大約六年前,，利勃海爾啟動(dòng)了增材制造計(jì)劃,，其目標(biāo)是引入新技術(shù)，給客戶提高更優(yōu)質(zhì),、更經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品,，在行業(yè)內(nèi)保持競爭力。特別是在基于粉末床的工業(yè) 3D 打印方面,，最終利勃海爾選擇了 EOS 金屬 3D 打印技術(shù),。

為了突破 3D 技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的極限，利勃海爾視圖用滿足所有飛行認(rèn)證要求的 AM 零件代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造的主飛行控制液壓零件,。由德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部的部分資助,，利勃海爾與空中客車公司和德國開姆尼茨工業(yè)大學(xué)合作進(jìn)行了該項(xiàng)目。

飛行控制液壓組件（即液壓控制閥）的傳統(tǒng)制造過程是鍛造開始,，然后進(jìn)行機(jī)加工,、修整、鉆孔和組裝,。該過程既耗時(shí)又復(fù)雜,，幾乎沒有優(yōu)化空間。經(jīng)過驗(yàn)證,，這一復(fù)雜的工藝可以通過 3D 打印技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),。

該解決方案轉(zhuǎn)向 EOS 設(shè)備,，以更少的零件和高效的工藝鏈來制造重量輕的 3D 打印組件，尤其是高壓液壓閥塊,。首先,，通過分析原有的液壓閥塊，確定了水工結(jié)構(gòu),，并移除了輔助部分,。重新考慮了主要部件的位置，以便在新零件的設(shè)計(jì)中進(jìn)行全面優(yōu)化,。
選擇 EOS M 290 系統(tǒng)用于制造液壓組件,。EOS M 290 的構(gòu)建體積為 250x250x325 毫米，可直接使用 CAD 數(shù)據(jù)快速,、靈活且經(jīng)濟(jì)高效地生產(chǎn)金屬零件,。直觀的用戶界面，結(jié)合了開放式和標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)集的智能軟件概念以及改進(jìn)的過濾器系統(tǒng)專為工業(yè)生產(chǎn)而設(shè)計(jì),。強(qiáng)大的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和 400 瓦光纖激光器可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可靠的高性能,。

“對(duì)于工業(yè) 3D 打印，復(fù)雜性不再是問題,。在 EOS 系統(tǒng)上,，組件是由大量薄層構(gòu)成的，每個(gè)薄層的厚度為 30 至 60 μm,，這使我們能夠構(gòu)建復(fù)雜的幾何形狀,。功能元件通過彎管直接彼此連接。這就避免了需要具有大量橫向孔的復(fù)雜管道系統(tǒng),，從而節(jié)省了生產(chǎn)時(shí)間,。”利勃海爾AM研究與技術(shù)首席工程師 Alexander Altmann 解釋說,。

之所以選擇鈦合金作為打印材料,，是因?yàn)樗�質(zhì)量輕、力學(xué)性能穩(wěn)定并且具有良好的耐腐蝕性,。適合用于航空零件制造的所有條件,。與傳統(tǒng)制造的零件相比，金屬 3D 打印的主飛行控制液壓零件重量減輕了 35％,，并且省去了 10 個(gè)零件,。Alexander Altmann 補(bǔ)充說：“這可能也是 AM 的標(biāo)語 — 使用更少更輕的零件制造質(zhì)量相同或更優(yōu)的產(chǎn)品，恰巧這對(duì)我們利勃海爾來說是重要的一步,�,！�

此外，金屬 3D 打印的主飛行控制液壓還滿足了飛行的所有認(rèn)證要求,。3D 打印的閥塊已成功通過空客 A380 的飛行測試,。

傳統(tǒng)方法制造的閥體（左）和經(jīng)過優(yōu)化的金屬 3D 打印閥體（右）,。（來源：Liebherr）

生產(chǎn)規(guī)模投資
在完成這個(gè)特定項(xiàng)目之后，證明使用 EOS 技術(shù)的增材制造對(duì)于制造關(guān)鍵的主要飛行組件是可行的,，利勃海爾對(duì) 3D 打印進(jìn)行了全面投資,。例如，現(xiàn)在需要花費(fèi)一天的時(shí)間來制造液壓閥塊,，但他們發(fā)現(xiàn),，如果使用 EOS M 400-4，則可以將制造時(shí)間減少 75％ 以上,。

EOS M 400-4 專為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì),，可提供 400x400x400 毫米的構(gòu)建體積，并結(jié)合了四個(gè)激光器,，可將生產(chǎn)率提高四倍。它滿足了現(xiàn)代生產(chǎn)環(huán)境在效率,、可伸縮性,、可用性和過程監(jiān)控方面最苛刻的要求，打破了制造的界限,。模塊化平臺(tái)設(shè)計(jì)可輕松集成到現(xiàn)有生產(chǎn)環(huán)境中,，并與未來創(chuàng)新靈活整合。姊妹系統(tǒng) EOS M 400 僅使用單個(gè) 1000W 激光器運(yùn)行,，而 EOS M 400-4 則是 EOS M 290 生產(chǎn)能力的四倍,，兩者均確保了可靠的直接金屬激光器燒結(jié)質(zhì)量。所有 EOS M 290 流程都可以轉(zhuǎn)移到 EOS M 400-4,，同時(shí)保留相同的零件性能,。

利勃海爾繼續(xù)與 EOS 合作，參與了 EOS 質(zhì)量管理模塊的前期測試,，該模塊為EOSTATE Exposure OT,，是 EOS 監(jiān)控套件的新模塊——光學(xué)斷層掃描，可實(shí)現(xiàn)無縫和實(shí)時(shí)的組件檢測,，該模塊現(xiàn)已發(fā)布,。” Alexander Altmann 評(píng)價(jià)說：“這項(xiàng)技術(shù)將在未來加速工業(yè)增材制造過程中對(duì)材料,、產(chǎn)品缺陷的識(shí)別,，并減少對(duì)后續(xù)質(zhì)量驗(yàn)證過程（如計(jì)算機(jī)斷層掃描）的依賴。