GKNA激光線材沉積金屬3D打印技術(shù),，可打印尺寸達(dá)3米的航空部件

2022年10月25日，南極熊獲悉,，位于英國(guó)布里斯托爾的GKN Aerospace (GKNA) 公司開發(fā)了一種專有激光金屬線沉積 (LMD-w) 3D打印技術(shù),，可應(yīng)用到大型航空航天部件的制造上。它是一家專注于為民用和國(guó)防客戶提供機(jī)身和發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的制造商,，具有金屬和復(fù)合材料方面的專業(yè)知識(shí),。

增材制造的采用符合GKNA對(duì)更可持續(xù)的航空航天未來的追求，他們認(rèn)識(shí)到了增材制造技術(shù)在優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)和結(jié)構(gòu)部件的重量/成本方面的價(jià)值,，同時(shí)也承認(rèn)他們目前在保證其制造可重復(fù)性方面遇到了挑戰(zhàn),。

GKNA 的首席技術(shù)專家蒂姆霍普（TimHope）表示：“從根本上說，我們需要建立信心,。對(duì)于增材制造,，可重復(fù)性、再現(xiàn)性讓人們對(duì)這項(xiàng)工藝產(chǎn)生了信任,，并相信我們?cè)诮桓读慵�時(shí),，需要按時(shí)交付它以實(shí)現(xiàn)零缺陷的成本。金屬增材制造技術(shù)的作用就是為我們降低了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn),，可以更好為客戶提供服務(wù),。”

在GKNA的工廠里,，有多個(gè)從EOS和Renishaw采購(gòu)的直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）系統(tǒng)正在運(yùn)行,。此外，通過 AIRLIFT 研究計(jì)劃所開發(fā)的激光金屬線沉積 (LMD-w) 技術(shù)目前已被應(yīng)用到該公司的發(fā)動(dòng)機(jī)業(yè)務(wù)中,。據(jù)了解,，LMD-w技術(shù)所允許的最大3D打印尺寸上達(dá)到了3米，有望應(yīng)用于航空結(jié)構(gòu)產(chǎn)品,。

△GKN Aerospace 通過 AIRLIFT 研究計(jì)劃開發(fā)的專有激光金屬線沉積 (LMD-w) 技術(shù),。

盡管 GKNA 目前已經(jīng)在采用LMD-w設(shè)備打印飛行部件，但他們?nèi)孕鑼?duì)技術(shù)進(jìn)一步驗(yàn)證：根據(jù)自己的標(biāo)準(zhǔn),、客戶和當(dāng)局的標(biāo)準(zhǔn),。像增材制造這樣的新工藝的認(rèn)證仍然是 GKNA 面臨的最大挑戰(zhàn)之一，雖然過程監(jiān)控和模擬有助于解決這個(gè)問題,，但開放系統(tǒng)也有很大幫助,。因此，GKNA可以保證其LMD-w工藝的質(zhì)量，但對(duì)于粉末床熔融類的技術(shù)引入,，它還需要與供應(yīng)商建立良好的聯(lián)系,。

GKNA 的另一位負(fù)責(zé)人Hughes指出：“如果你的客戶來自于航空航天領(lǐng)域，那你就需要認(rèn)識(shí)到增材制造供應(yīng)鏈的所有部分,、飛行部件的終端服務(wù)對(duì)象是航空當(dāng)局,。客戶描述了他們需要的信息,，我們整個(gè)價(jià)值鏈就需要根據(jù)這些信息做出判斷,，這取決于熱處理、粉末供應(yīng)商,、機(jī)器供應(yīng)商等各個(gè)環(huán)節(jié),。如果沒有發(fā)現(xiàn)其中的缺陷，那將是一個(gè)挑戰(zhàn),�,！�

△位于布里斯托爾菲爾頓的 GKN Aerospace 全球技術(shù)中心。

在其他車間里,，GKNA還引進(jìn)了一臺(tái)由Stratasys 和惠普共同開發(fā)的 Designjet 機(jī)器,、一臺(tái) Ultimaker S5、一臺(tái) Formlabs Form 2 和一臺(tái) Markforged Mark2,。這些機(jī)器（包括 Designjet）經(jīng)常被要求生產(chǎn)夾具、固定裝置和設(shè)計(jì)輔助工具,，但 GKNA 不會(huì)停止在桌面平臺(tái)上,。在 Designjet 之后，GKNA 下一個(gè)要引入的 3D 打印系統(tǒng)是 Arcam A2,。

在 GKNA 展示的打印部件中,，有坦克模型和其他使用 LMD-w 制造的近凈成形的部件，以及使用DMLS技術(shù)制造的經(jīng)過認(rèn)證的支架部件,。發(fā)動(dòng)機(jī)部件是粉末床熔融設(shè)備主要生產(chǎn)的訂單,，而LMD-w 技術(shù)可能會(huì)被用來制造那些DMLS技術(shù)難以加工的大型構(gòu)件結(jié)構(gòu)。憑借其強(qiáng)大的3D 打印能力,，GKNA 內(nèi)部的信心正在增長(zhǎng),。該公司積極參與一系列標(biāo)準(zhǔn)工作組，認(rèn)可 NASA,、ASTM 和 SAE 等機(jī)構(gòu)近年來在制定此類標(biāo)準(zhǔn)方面取得的進(jìn)展,，并與商業(yè)和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)保持著良好的關(guān)系。但在遵循這些標(biāo)準(zhǔn)的過程中,，GKNA 不僅要確保該技術(shù)的制造過程是可重復(fù)的,，而且還要考慮生成航空零件所需的動(dòng)態(tài)特性的成本。

Hope 估計(jì)：“在航空航天領(lǐng)域,，增材制造只有兩個(gè)挑戰(zhàn)：生產(chǎn)力挑戰(zhàn)和認(rèn)證挑戰(zhàn),。您能否每天都以同樣的方式制造正確的零件,，這是一項(xiàng)巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。然后您能否使其與其他工藝相比具有成本效益,？一旦您確定了這兩個(gè)關(guān)鍵因素,，您就可以獲得增材制造的真正獲勝標(biāo)準(zhǔn)。就未來的可能而言,，這些東西很棒,，但要讓這些東西發(fā)生，我們必須能夠讓它應(yīng)用到飛機(jī)上,，這關(guān)乎監(jiān)管機(jī)構(gòu)和最終用戶對(duì)性價(jià)比的信心,。”

Hughes補(bǔ)充道：“增材制造技術(shù)現(xiàn)在處于炒作曲線的業(yè)務(wù)端,。你會(huì)看到很多有趣的東西,，但我們需要在真實(shí)的應(yīng)用程序上以真實(shí)的方式實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，為未來解鎖有趣的東西,，這些關(guān)于我們能否在中短期內(nèi)獲得真正的商業(yè)利益和長(zhǎng)期回報(bào),？我們都可以看到增材制造領(lǐng)域中的拓?fù)鋬?yōu)化、功能集成,，所有的這些都是好東西,。但客戶和認(rèn)證機(jī)構(gòu)的對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的信心，才是它現(xiàn)在需要面對(duì)的業(yè)務(wù)問題,，這也是我們的重心所在,。”

△使用 GKN Aerospace 的 LMD-w 技術(shù)打印的零件,。

GKNA 有意保持其領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位,，霍普認(rèn)為，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是確保業(yè)務(wù)可持續(xù)發(fā)展：“航空航天領(lǐng)域的OEM 并不多,，因此我們?cè)谠霾闹圃旆矫嫠�做的一切都專注于建立供�?yīng)商信任,。如果您了解我們客戶的需求，能夠按照客戶的交期完成交付,，那么您將獲得可持續(xù)發(fā)展的業(yè)務(wù),。創(chuàng)新來自市場(chǎng)需求、業(yè)務(wù)和技術(shù)可行性,，三者需要結(jié)合,。但只有當(dāng)你能以一種信任的精神反復(fù)地做到這一點(diǎn)時(shí)，你才會(huì)成功,�,！�

在GKNA工廠門廳的盡頭展出有一組DMLS打印的隔音襯墊，Hughes解釋說他是在周四早上收到了該組件的尺寸數(shù)據(jù)，當(dāng)晚在 CAD 中為零件建模,，在周五與工藝團(tuán)隊(duì)一起進(jìn)行了組裝,，到星期一早上它就出現(xiàn)在他的辦公桌上，最終它被用于發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試,。這一整套流程清楚展示了從想法到模型的速度有多快,，而這一切都是憑借強(qiáng)大的金屬3D打印能力才付諸實(shí)踐的。