应用聚焦：机舱 3D 打印

在飞机上飞行时，您可能不会意识到您的扶手或托盘桌是 3D 打印的，但是将这种技术用于机舱部件可以为航空公司开启一个全新的可能性世界。

这些可能性包括，例如，具有成本效益的内饰定制以及更快的备件生产和交付。

我们探讨了将 3D 打印用于飞机内饰背后的关键驱动因素，同时展示了航空航天行业的领先公司如何应用该技术。

看看本系列中涵盖的其他应用程序：

热交换器的 3D 打印

轴承3D打印

用于自行车制造的 3D 打印

用于数字牙科和透明矫正器制造的 3D 打印

用于医疗植入物的 3D 打印

3D 打印火箭和航天器制造的未来

鞋类制造的3D打印

电子元件3D打印

铁路行业的 3D 打印

3D 打印眼镜

用于终端零件生产的 3D 打印

支架的 3D 打印

涡轮机零件的 3D 打印

3D 打印如何实现性能更好的液压元件

3D 打印如何支持核电行业的创新

为什么要对机舱零件采用 3D 打印？

客舱设计创新

航空公司一直在寻找改善客户飞行体验的方法，而机舱设计在其中起着至关重要的作用。

创建满足特定航空公司需求和功能的定制内饰是一个不断增长的趋势，也是 3D 打印的完美任务。

3D 打印为客舱部件的定制开辟了新的可能性，因为它不需要根据个人规格进行昂贵的工具更改。因此，定制零件的制造速度更快且更具成本效益。

减轻重量

由于燃油支出是航空公司运营商的主要成本之一，因此他们倾向于投资具有卓越燃油效率的飞机。然而，传统的制造方法在减轻飞机部件重量方面的能力有限。

因此，制造商一直在寻找更先进的替代方法来制造重量更轻的零件。

3D 打印提供了一种解决方案，可通过优化零件几何形状来减轻重量，从而节省材料。

通过 3D 打印，制造商可以用轻质材料制造机舱部件，其壁比注塑成型更薄。

此外，该技术可以实现功能集成，而一个组件的几个独立部分可以作为一个单元进行设计和打印，从而进一步减轻了一个部分的重量。

按需 3D 打印飞机内饰备件

预测备件需求具有挑战性，有时备件可能不再生产。这些因素使飞机售后服务变得困难，并导致整体供应链效率低下。虽然高库存水平可以减少飞机停机时间，但它们会导致维护此类库存的成本高得惊人。

而且，提供及时的MRO服务往往也存在问题。需要在短时间内用昂贵的材料生产高质量的替换零件，这给制造商带来了压力，因为使用传统制造工艺，交货时间通常会延长到几个月。

除此之外，在维修或更换旧飞机部件时，可能无法再从原始设备制造商那里购买相关工具。

通过按需制造实现更快的周转和减少库存，3D 打印有巨大的机会来克服其中的一些挑战。

3D 打印使公司能够直接从数字设计文件生产零件，而无需使用任何工具，例如模具。这意味着一些备件，尤其是过时组件等需求较低的部件，可以为 3D 打印重新设计并存储在虚拟库存中，从而释放仓库空间并降低库存成本。

如果需要更换，只需从虚拟零件目录中提取设计并发送打印即可。

由于能够经济地生产少量零件，3D 打印还使公司能够根据需要制造尽可能多的零件，从而解决了传统生产方法中典型的生产过剩问题。

4 个使用 3D 打印制造机舱部件的示例

许多飞机内部部件，从通风口和电气外壳到隔板和扶手，都可以从 3D 打印中受益。下面我们将探讨原始设备制造商和航空公司运营商如何利用机舱部件技术。

1.阿提哈德航空认为 3D 打印具有显着的附加值

阿拉伯联合酋长国第二大航空公司阿提哈德航空公司是最早探索机舱部件 3D 打印潜力的航空公司之一。

2017 年，该公司展示了该地区首个经过认证的 3D 打印飞机内饰部件、塑料显示器框架，此后阿提哈德航空一直在加大其 3D 打印工作。

与 3D 打印公司 EOS 和 BigRep 建立战略合作伙伴关系是这些努力的一部分。

与领先的 3D 硬件制造商合作的结果很快就出来了。去年，阿提哈德在阿布扎比开设了一家增材制造 (AM) 工厂，该工厂已获得欧洲航空安全局 (EASA) 的设计和生产批准，使用 EOS 的粉末床融合技术生产飞机零件。

阿提哈德航空集团的一个部门阿提哈德工程公司现在将使用 EOS 3D 打印机来设计、生产和认证用于高质量飞机应用和机舱部件的 AM 组件。

该公司认为，3D 打印的使用将比更换简单的非关键部件走得更远。

在优化维修、轻量化设计、缩短交货时间和定制方面，额外生产机舱部件可提供可观的附加值。例如，阿提哈德的新“Greenliner”是与波音公司的一个联合项目，旨在促进航空业的可持续发展，据说包括许多 3D 打印组件。

展望未来，阿提哈德设想了一个通过 3D 打印在短短 30 天内完成飞机的整个改装，从而使升级速度提高 30%。

2. Diehl Aviation 的 3D 打印窗帘头罩

专门从事机舱和航空电子设备的航空制造商 Diehl Aviation 展示了内部零件 3D 打印的另一个例子。

代傲与空中客车公司合作开发了一种 3D 打印的窗帘舒适头 - 一个位于窗帘导轨上方的外壳，用于分隔机上的等级 - 安装在卡塔尔航空公司的空中客车 A350 XWB 上。

外壳以前是用多层夹层玻璃纤维建造的，需要专门的铝制工具，既费时又费钱。

Diehl 能够用 12 个 3D 打印的热塑性部件组装这个部件，大大降低了模具成本并节省了工时。

最重要的是，这些零件需要更少的返工，并且可以轻松拆卸以进行维修或更换，这意味着维修期间的交货时间甚至更短。

据报道，这是迄今为止为客机生产的最大的全 3D 打印客机部件。

3.英国航空公司预测更多采用 3D 打印的飞机内饰

虽然 3D 打印机舱部件的大部分工作似乎都集中在 EMEA 地区，但欧洲航空公司正在迎头赶上。

例如，英国航空公司正在探索使用 3D 打印机制造飞机零件的可能性，从非必要的机舱零件开始，包括托盘桌、机上娱乐 (IFE) 系统和厕所。

虽然这些部件不会影响航班的安全运行，但如果损坏，它们会减少客户可用的座位或厕所的数量，并导致工程师等待维修或更换部件的延误.

根据航空公司的说法，3D 打印机可以生产替换零件，虽然与传统组件一样坚固耐用，但可以在更短的时间内提供。

将减轻重量作为采用增材制造的另一个驱动因素，英国航空公司表示，3D 打印可以帮助将零件的重量减轻多达 55%。即使是小部件，效果也可能很显着，因为在飞机的使用寿命期间，每减少一公斤就可以节省大量的二氧化碳排放量。

展望未来，该航空公司预测将有可能 3D 打印一个更广泛的机舱零件，从餐具和座椅到行李箱和飞机窗户。

4. Stratasys、SIA Engineering Company 和 Additive Flight Solutions 3D 打印数以千计的机舱部件

Stratasys 与提供飞机 MRO 服务的 SIA Engineering Company 和 3D 打印服务机构 Additive Flight Solutions 也将 AM 视为为航空公司提供解决方案的关键技术。

在 2018 年成立的一家合资企业中，迄今为止，3 个合作伙伴一直在使用 Stratasys FDM 技术生产超过 5,000 个经过认证的机舱零件。

其中一个部件是用于保护座椅控制器的盖子，防止乘客意外按下按钮。选择 AM 工艺而不是另一种更传统的工艺的关键原因之一是能够更快、更具成本效益地生产小批量订单。

在另一个例子中，该团队 3D 打印了一个夹子来固定经常松脱的飞机窗帘。这些盖子/窗帘有 7 种不同的设计，这意味着团队需要为每种设计定制窗帘导轨端盖。 3D 打印在实现这种级别的定制方面比其他技术灵活得多。

此外，波音 787 的应急门还采用了 3D 打印技术制作了一个安全等级的搭扣。该部件是一个关键部件，旨在确保飞机在飞行时应急门不会打开位于地面上，可能会造成受伤，因为可能会意外触发逃生滑梯。

其他产品包括乘客座椅底部的支撑、3D 打印的鸡尾酒托盘、浴室支架肥皂和消毒剂分配器。

所有部件都必须满足严格的要求，例如飞机内饰的耐热性和火焰、烟雾和毒性 (FST) 等级。

如此多的应用程序已经由团队开发并安装在商用飞机上，这表明飞机内饰的未来与成熟的 3D 打印技术紧密相关。

机舱部件的标准化增材制造

也就是说，如果没有标准化，航空业的 3D 打印就没有未来。毫不奇怪，缺乏标准和认证仍然是将增材制造用于飞机机舱部件的一大瓶颈。

'在航空航天领域，如果您没有可以根据或通常有多个标准来认证零件的标准，那么您就不能将其放在航空航天平台上' ，现任欧瑞康增材制造首席工程师的马修·多诺万在接受 AMFG 采访时说。

如果没有正确的标准，航空航天公司将无法像传统制造方法一样自信地使用该技术。

缺乏行业标准的增材制造材料、工艺、质量评估和设计，加上材料加工数据有限，导致认证周期更长。

目前，航空公司和飞机零件制造公司正在逐个零件地认证零件，这是一项既昂贵又耗时的工作。

幸运的是，正在大力推动制定适用于飞机部件的增材制造的标准、政策和指南。

美国联邦航空管理局 (FAA) 和欧洲航空等当局安全局 (EASA) 正在与 AM 行业和标准制定组织（例如 ASTM、SAE 和 ISO）合作，以克服当前的标准化挑战。

由 SAE International 发布的一套航空航天领域聚合物 3D 打印规范是该领域的最新进展之一。

名为AMS7100：熔融长丝制造工艺和AMS7101：熔融长丝制造材料的规范是专门为FDM工艺开发的，以鼓励塑料机舱部件采用3D打印。

飞机内饰 3D 打印的未来

3D 打印是帮助航空公司将机舱保持在创新前沿的关键技术之一。该技术通过实现备件的小批量生产来改善 MRO 运营，并通过客舱零件的定制设计增强客户体验。

数百个已安装在飞机上的 3D 打印内饰组件凸显了该技术为航空航天业带来的潜力和价值。现在，至关重要的是通过协作和标准制定，专注于扩大 3D 打印的使用，以便能够充分利用这种潜力。