航空航天領(lǐng)域，3D打印能否帶來(lái)可持續(xù)發(fā)展和更高的利潤(rùn)空間?

南極熊獲悉,，范堡羅國(guó)際航展于2022年7月18至22日如期舉辦，來(lái)自全球各地的航空航天,、航空和國(guó)防工業(yè),，及其他領(lǐng)域的領(lǐng)先創(chuàng)新者齊聚一堂，共同開(kāi)展開(kāi)創(chuàng)性的合作和伙伴關(guān)系,。

△FIA2022航空航天展

自上一次大型航空航天展以來(lái),，許多事情發(fā)生了重大變化。例如空中交通,、商用飛機(jī)需求,、商業(yè)航天工業(yè)的增長(zhǎng),、VTOL和eVTOL都發(fā)生了一些根本性的變化。航空航天增材制造的一個(gè)重大變化是,，越來(lái)越多的傳統(tǒng)制造業(yè)開(kāi)始主動(dòng)使用它們,，而是不通過(guò)3D打印業(yè)務(wù)的服務(wù)商進(jìn)行推銷(xiāo)。

雖然它在整個(gè)航空航天工業(yè)中,，仍然僅占很小的收入占比,，但是，隨著3D打印即使的持續(xù)增長(zhǎng),，它正在為需要它們的行業(yè)帶來(lái)更多的利潤(rùn),。

更重要的是，隨著全球商業(yè)航空運(yùn)輸量的下降,，人們會(huì)重新考慮高運(yùn)營(yíng)成本所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn),。雖然，目前3D打印初期也需要高額的投資,，和整個(gè)生產(chǎn)工作流程中執(zhí)行范式轉(zhuǎn)變,。但是，一旦它們經(jīng)過(guò)驗(yàn)證,，被證明是安全和有利可圖的,，那么，企業(yè)想要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模低成本批量生產(chǎn),，僅僅是增長(zhǎng)設(shè)備數(shù)量即可解決,，這也該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)之一。

可持續(xù)發(fā)展
達(dá)索公司執(zhí)行副總裁Ribet,，在FIA2022展會(huì)期間表示,，"我們與空客合作的下一代飛機(jī)將使用氫氣，這將完全改變發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒和材料使用方面的情況,。更重要的是,，這將需要重新思考他們?cè)谶^(guò)去15-20年里一直在實(shí)施的一些工業(yè)流程。而且,，特別是在制造領(lǐng)域,，他們開(kāi)始融合越來(lái)越多的增材制造方法，因?yàn)闇p法成本高,，浪費(fèi),，而且不是真正的可持續(xù)�,！�

“我們看到的另一個(gè)主要趨勢(shì)是,，以前，許多公司僅是看到3D打印,，能否會(huì)為它們提高生產(chǎn)力,、效率和利潤(rùn),。但是，現(xiàn)在它們受到全球可持續(xù)發(fā)展的大環(huán)境下,，他們需要證明他們的生產(chǎn)方式比以前更環(huán)保,。例如，中國(guó),、日本,、韓國(guó)、德國(guó),、西班牙和許多政府都開(kāi)始注重環(huán)保,，并且嚴(yán)格監(jiān)管企業(yè)。這意味著3D打印,，不再只是一種生產(chǎn)速度更快或更具成本效益的方法,，而是將成為一種要求。他們將被迫改變流程和方法,。

△空客展臺(tái)

空客的明日之翼
在FIA2022期間,，空客公司展示了跨國(guó)研發(fā)計(jì)劃，明日之翼的成果,。首個(gè)全復(fù)合材料原型全尺寸機(jī)翼的完成,，標(biāo)志著100多種不同的部件和制造技術(shù)的成功集成，其中包括全新的工業(yè)裝配系統(tǒng),，這有助于驗(yàn)證關(guān)鍵的自動(dòng)化目標(biāo),。

空客首席技術(shù)官 Sabine Klauke 表示：“明日之翼計(jì)劃，為我們目前的機(jī)翼組裝方式帶來(lái)了完全不同的建造理念,，是我們研發(fā)組合的重要組成部分,，將幫助我們?cè)u(píng)估未來(lái)機(jī)翼生產(chǎn)的工業(yè)可行性�,！� Klauke女士強(qiáng)調(diào)了增材制造只是實(shí)施的眾多技術(shù)之一,，在生產(chǎn)過(guò)程中的工具和夾具制造中具有特殊的優(yōu)勢(shì)。

△波音使用3D打印技術(shù)為APU排氣管制造支撐面板

波音的生態(tài)改進(jìn)
自2012年以來(lái),，波音公司一直希望通過(guò)ecoDemonstrator計(jì)劃來(lái)探索全新的航空技術(shù)，該計(jì)劃涉及五款不同的波音額飛機(jī),，和112個(gè)不同的項(xiàng)目,，比如綠色柴油、受荷蓮葉啟發(fā)的機(jī)翼,、以及用于機(jī)身外部的防冰涂料等,。

隨著ecoDemonstrator的第六次迭代，該公司將目光瞄向了改進(jìn)型777貨機(jī),，且計(jì)劃在今年開(kāi)展多項(xiàng)測(cè)試,。據(jù)悉,，它們采用可以有效降低結(jié)構(gòu)重量的3D打印部件。

該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在整個(gè)測(cè)試期間,，使用可持續(xù)航空燃料和傳統(tǒng)噴氣燃料的30/70混合物為 777-200ER提供動(dòng)力,。該計(jì)劃將繼續(xù)與美國(guó)國(guó)家航空航天局建立多年合作伙伴關(guān)系，以研究可持續(xù)航空燃料的排放改進(jìn),。

同時(shí),，它們還采用3D打印技術(shù)制造APU排氣管支撐面板，這是位于飛機(jī)后部的輔助動(dòng)力裝置,。以及,，ecoDemonstrator 2022中的另一個(gè)增材制造部件是發(fā)動(dòng)機(jī)，兩者均由波音增材制造創(chuàng)新中心開(kāi)發(fā),，旨在減輕飛機(jī)重量,、節(jié)省燃料和優(yōu)化制造過(guò)程。

△GE和Safran的合資企業(yè)Cfm

巨型GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)
它專(zhuān)為新型雙引擎波音777X系列設(shè)計(jì),，是同類(lèi)產(chǎn)品中燃油效率最高的發(fā)動(dòng)機(jī),，具有無(wú)與倫比的可靠性和性能。GE9X將300多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)部件組合成僅7個(gè)3D打印組件,，從而減輕了重量,。3D打印還為GE工程師提供了更多的創(chuàng)作自由，通過(guò)允許更復(fù)雜的組件設(shè)計(jì)從根本上改變了設(shè)計(jì)方法,。

△GE9X將300多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)部件組合成僅7個(gè)3D打印組件

該公司計(jì)劃以4年的投資使發(fā)動(dòng)機(jī)更清潔,、更安靜和更高效為基礎(chǔ)，旨在加速新推進(jìn)技術(shù)的開(kāi)發(fā),，為下一代飛機(jī)和更加可持續(xù)的未來(lái)鋪平道路,。

△歐瑞康展臺(tái)

有利可圖且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證
這些新技術(shù)和制造工藝，越多地應(yīng)用到未來(lái)的飛機(jī)上,，就會(huì)有更多的業(yè)務(wù)流向那些已經(jīng)提供盈利和可持續(xù)的增材制造服務(wù),，和3D打印航空部件的公司。歐瑞康執(zhí)行主席Michael Seuss 博士,，在去年的AMTC上明表明：盡管面臨諸多挑戰(zhàn),，但該公司繼續(xù)投資增材制造的原因在于，一旦您確定了一個(gè)有利可圖的應(yīng)用程序,，您就可以開(kāi)始生成立即獲利,。它們正在探索這些優(yōu)勢(shì)。

同時(shí),，歐瑞康在其各個(gè)站點(diǎn)運(yùn)行42臺(tái)金屬PBF 3D打印機(jī),，其中包括來(lái)自EOS、Trumpf,、3D Systems/GF,、Renishaw 和 Concept Laser 的一些高效系統(tǒng),。其中值得注意的是，Red Horn 1 Feed BEAM 023是空客AngoSat-2衛(wèi)星的大型通信組件（天線(xiàn)）,。該生產(chǎn)部件作為帶有集成支架的單個(gè)組件進(jìn)行3D打印,。

更多3D打印的場(chǎng)景來(lái)自Samuel的增材制造部門(mén)Burloak。這家加拿大公司,，是第一家獲得波音BAC 5673規(guī)范批準(zhǔn)的Tekna或IMR鋁 (AlSi10Mg) 3D打印組件供應(yīng)商,。目前，主要業(yè)務(wù)仍然是航天,，衛(wèi)星零件等,。雖然該公司擁有強(qiáng)大的生產(chǎn)能力，但該公司的業(yè)務(wù)是基于高價(jià)值的業(yè)務(wù),，它可以提供全面的DfAM支持,，一直到高級(jí)NDT和HIP功能。這些零件可能不代表航空航天生產(chǎn)的份額,，但它們可以產(chǎn)生可觀(guān)的盈利能力,。

△HiETA Technologies將3D打印熱交換器，確定作為關(guān)鍵盈利點(diǎn)

HiETA Technologies將3D打印熱交換器確定作為關(guān)鍵盈利點(diǎn),，目前,，正在開(kāi)發(fā)高度專(zhuān)業(yè)化的技術(shù)，并與Renishaw等英國(guó)公司進(jìn)行戰(zhàn)略合作,。

△Lincotek通過(guò)合作,，皆在共同開(kāi)發(fā)金屬3D打印新技術(shù)

其他幾家公司展示了高價(jià)值的3D打印航空零件，包括剛剛進(jìn)入航空航天領(lǐng)域的公司,。例如,，意大利大型金屬增材制造服務(wù)提供商Lincotek，展示了與法國(guó)金屬增材制造服務(wù)商Volum-e合作的初步成果,。兩家公司通過(guò)合作,，皆在共同開(kāi)發(fā)提高金屬PBF生產(chǎn)力的新技術(shù)。

△Pankl Racing Systems開(kāi)發(fā)的3D打印結(jié)構(gòu)

同樣,，Pankl Racing Systems是一家?jiàn)W地利的大型金屬增材制造服務(wù)提供商,。它正在通過(guò)最近成立的Pankl Aerospace Systems部門(mén)，將專(zhuān)業(yè)知識(shí)帶入航空航天領(lǐng)域,。它們利用在能源領(lǐng)域和其他復(fù)雜部件方面的經(jīng)驗(yàn),，來(lái)迅速進(jìn)入航空航天領(lǐng)域。該公司透露,，在開(kāi)始開(kāi)發(fā)不到兩年的時(shí)間內(nèi)，它就為教練機(jī)制造2個(gè)3D打印部件,。這些零件由總共22個(gè)零件合并而成,，從而減少了組裝時(shí)間和重量,，并消解決了泄露問(wèn)題。

△Vertical新研發(fā)的垂直升降飛機(jī) 

共同創(chuàng)新
3D打印,，目前正在成為最新航空技術(shù)的核心,。在全球疫情期間，出現(xiàn)了新的個(gè)人航空運(yùn)輸方式,。Vertical是一家總部位于英國(guó),、資金雄厚的eVTOL公司，在兩年的開(kāi)發(fā)時(shí)間里,，它幾乎完成了它的第一個(gè)功能原型,。該公司的代表透露了3D打印，是如何幫助它們快速實(shí)現(xiàn)原型制造的,。

△Skyrora的二級(jí)火箭展示

Skyrora是另一家英國(guó)公司（總部位于蘇格蘭）,，該公司的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)與世界上許多其他太空初創(chuàng)公司一樣使用3D打印技術(shù)。在短短兩年內(nèi),，Skyrora就能夠開(kāi)設(shè)一個(gè)新的制造和生產(chǎn)設(shè)施,，這是英國(guó)同類(lèi)設(shè)施中最大的。

現(xiàn)在,，Skyrora XL火箭第二級(jí)的首次測(cè)試,，很快將在英國(guó)本土進(jìn)行，并且完全在內(nèi)部制造和組裝,。這包括70kN發(fā)動(dòng)機(jī)的組裝,，這個(gè)商業(yè)液體發(fā)動(dòng)機(jī)，就是使用3D打印制造的,。

更多的增材制造創(chuàng)新發(fā)生在硬件層面,，并可能對(duì)航空航天產(chǎn)生一些重要影響。意大利的Caracol和美國(guó)的MELD Manufacturing等公司,，正在使用創(chuàng)新方法開(kāi)發(fā)復(fù)合材料和金屬3D打印新系統(tǒng),。

復(fù)合材料在制造領(lǐng)域擁有者非常大的前景，可制造各種行業(yè)的最終零件,。MELD正在使用攪拌摩擦焊接增材制造技術(shù),，并與龍門(mén)架構(gòu)工具專(zhuān)家Ingersoll合作，生產(chǎn)世界上最大的金屬3D打印機(jī),，它能夠制造汽車(chē)大小的零件,。這些新方法將推動(dòng)整個(gè)航空航天領(lǐng)域的更多創(chuàng)新，并且這個(gè)循環(huán)將繼續(xù)下去,。