增材制造革新航空航天：提升性能与效率的关键路径
自增材制造早期，3D打印硬件和材料供应商便将航空航天视为重要目标市场。飞机作为高度复杂的系统，拥有多样化零部件，可从生产工具和材料的尖端发展中受益，尤其是能减轻重量或增强组件强度的技术。部分3D打印工艺宣称两者兼备。
遗憾的是，这不代表航空航天采用增材制造比其他行业更快。事实上，飞机及其海量组件必须经历最严格的认证和测试程序，这导致3D打印航空航天部件从概念到实施可能耗时数年甚至数十年。技术虽已就绪，但多年测试积累的知识尚缺。因此在风险较低、人命关联较少的行业实施增材制造容易得多。
但尽管3D打印航空航天产品实施缓慢，已达标的零件正深刻影响行业。从简单的3D打印客舱内饰墙板，到至关重要的增材制造金属发动机部件，增材制造无疑正在全球最赚钱、节奏最快的行业之一腾飞。
本文概述增材制造在航空航天领域的部分应用现状与前景。
轻量化与强度优化
增材制造与减材制造差异巨大，3D打印与传统工艺的选择常令人纠结。但两者关键区别之一在于对零件内部几何体的成形能力。
3D打印在航空航天等领域极具价值，因其允许工程师制造部分中空内部、利用复杂几何图案最大化内部强度且不增重的组件。3D打印机“自底向上”构建零件，可在金属发动机部件或塑料客舱隔板内创建晶格状结构。传统注塑（液态材料填满整个型腔）或机加工（切削刀具不穿透外表面无法触达内部）无法实现这一点。
这些晶格结构的重要性难以言喻。制造飞机时每克重量都是最大效率的阻碍，而3D打印通过部分中空、晶格结构内部显著降低组件质量。晶格的编织状丝线可按数学优化排列以最大化强度、减少应力，确保轻量化零件强度不逊于甚至优于实心替代品。更重要的是，丝线间空间无重量，从而降低零件整体质量。
航空航天公司利用3D打印制造轻量化零件的案例众多。2011年，波音旗下HRL实验室宣布开发出一种被认为是“世界最轻材料”的金属，密度仅0.9mg/cc，比泡沫塑料轻约100倍。“关键在于制造由壁厚100纳米的相互连通空心管组成的晶格，比人类头发细1000倍。”研究员Tobias Schaedler解释道。
随着研究人员持续探索轻量化3D打印晶格结构可能性，航空航天企业将更多参与增材制造以实现轻量化和强度优化。
原型与备件
增材制造在任何行业的最大优势之一是按需、内部制造零件。3D打印机可随处部署、高度自主运行，意味着3D打印零件交期极短。因此航空航天公司能快速制造零件新迭代供即时测试，最终缩短研发周期、加快零件定型。
更快原型制作是增材制造在航空航天的主要用途之一，成效显著：据增材制造巨头Stratasys称，内部3D打印航空航天原型相比注塑和CNC刀具可节省约43%时间，相比二维激光切割节省约75%。
航空航天另一受益领域是库存维护。平均商用飞机由约400万组件构成，并非同一制造商生产。这迫使飞机供应商储备海量备件以备维修。采购备件成本高昂，存储房地产成本也高。
3D打印机在此提供极佳解决方案。现场部署3D打印机，航空航天公司可不再用巨型仓库存放数百万昂贵备件，而是以STL等可打印格式保存数字备件库。按需3D打印所需零件。这种数字备件库策略正逐渐跨行业采用，大规模实施需数十年，但航空航天可能是最大受益者之一。
3ERP拥有多年为航空航天及其他行业客户制作原型零件经验。联系我们获取任何项目的快速报价。
数控机床