在航空航天和国防领域使用复合材料进行增材制造

美国空军复合材料工程

复合材料工程是一个每年都应用到越来越多行业的领域。在此类领域工作的愿望使我加入了空军，特别是先进复合材料办公室。这是空军办公室，但我们支持所有国防部组织。除了复合材料的设计、分析、工程和维修问题，我们还为国防部组织及其员工提供为期一周的课程。这些课程包括介绍复合材料工程的课程和更高级的技术人员培训课程。在这些课程中，来自国防部各地的学生可以亲身体验复合材料的设计和修复。

3D打印产业扩张

在我在各个行业工作的时间里，我看到了无数关于为企业，尤其是小型企业解决原型设计问题的故事。在小型企业制造生命周期中，在完成大规模生产所需的步骤之前对功能组件进行原型设计的能力对于成功至关重要。

随着当今各种可打印材料的出现——从金属到复合材料再到比 PLA 更有用的热塑性塑料——3D 打印允许工程师进行适合性和功能测试，并且它确实提供了在产品开发的早期阶段制作商业案例所需的数字化媒介.完全解决一个问题的不一定是添加剂，而是一般的 3D 打印。 3D打印技术丰富了设计过程中的许多关键步骤，使生产问题更容易解决。

我认为我们将看到工具的增材制造增长：支架和铰链、支架和商店辅助工具。在不久的将来，我们将看到 3D 打印涵盖功能性最终用途部件空间。它始于 PLA，每个人都可以在他们的车库中打印。现在，随着 Markforged 等公司能够打印复合材料和金属，这些更坚固、更有用的材料为增材制造打开了一扇全新的大门。

可用于 3D 打印的材料的质量和强度改变了所有类型企业的经济和技术选择。现在，如果是低产量零件，3D 打印比运行模具或从坯料制作 CNC 零件便宜。这确实为一系列采用 3D 打印的新行业打开了大门。

为什么空军正在转向添加剂

3D 打印在空军和军队中的直接应用也在增长。有两个关键领域直接适用于军队对增材制造的使用。

1.小批量生产： 对于我们专门制造的飞机，我们不会像生产零件那样制造数十万个零件。航空航天和军事应用大多是小批量生产，有时这些部件可以根据可用的增材制造技术在现场生产。

2.分布式制造： 添加剂的强大之处还在于它的分布式特性。当 3D 打印机可以廉价地放置在各种底座上时，如果出现故障，您就不必从世界各地运送新零件。您不必依赖增材制造的单一生产来源。多个位置的多台打印机可以创建零件。

由于这些因素，我认为增材制造在军事和航空航天应用中发挥了更大的作用。

用于老化飞机维修的增材工具 - MRO

先进复合材料办公室的任务是专门通过涵盖老化飞机维修的生命周期管理中心寻找复合材料设计、分析、工程和维修方面的解决方案。通常，飞机的原始工具已损坏或放错地方，我们可以使用添加剂为这些飞机制造新工具，以保持它们的飞行。

我的主要目标之一是开发增材工具，以便我们可以为这些飞机制造复合材料。在为我们不再拥有模具或 CAD 数据的老化飞机制造零件时，有时我们会创建现有零件的 3D 扫描，然后从那里回溯以制作一个模型，然后我们可以 3D 打印并用作该部分的工具。

复合工具的增材制造

谈到高级复合材料办公室，我们一直对复合材料的 3D 打印以及它如何帮助制造过程感兴趣。目前，许多公司使用大规模熔融沉积建模 (FDM) 3D 打印零件进行工具加工，但他们必须在机器零件从打印机上下来后，在为复合材料实验室做好准备之前将其邮寄。这意味着他们必须 3D 打印精确的 CAD 图纸或 CAD 模型，然后将其放在 CNC 机器上，机器返回，然后准备使用混合密封剂的复合叠层，使其真空密封和脱模剂。这是一个步骤——将它放到 CNC 上——我们希望消除它，因为它带走了增材制造工具的许多优势。

从我的角度来看，增材制造工具的许多优点是您可以快速轻松地获得与 CAD 设计相符的零件。如果您必须在使用该模具制造复合零件之前对其进行机器加工，您不妨使用某种工具板，这将更便宜且易于加工。但是，如果我们可以消除后加工步骤，则可以节省大量时间和精力。如果我们生产具有真空密封表面光洁度的 3D 打印部件，而无需进行后加工、手工打磨或任何可能降低几何精度的操作，我就会看到增材制造被广泛用于复合工具的世界。这是一个非常具有影响力的领域，即将用于 3D 打印。

图片来源： 希尔空军基地照片库