航空航天中的增材制造

制造是航空航天业的一项挑战。航空零件不仅极其复杂，而且还需要结构合理并符合几乎所有行业的最高质量保证标准。

为了降低成本并克服传统制造挑战，许多航空航天公司正在从传统制造工艺转向增材制造，以高效生产所需的复杂零件。

毫无疑问，增材制造正在改变航空航天业。航空航天市场的增材制造预计将以 22.17% 的复合年增长率 (CAGR) 增长，到 2026 年将达到 67.5 亿美元。

航空航天工业中的传统制造与增材制造

增材制造是一种基于打印 CAD 数据（数字 3D 模型），一次一层地将材料添加到 3D 对象结构中的过程。它通常也被称为 3D 打印。

这不同于传统的制造工艺，也称为减材制造。在传统制造中，将材料放入模具中进行硬化。当材料干燥或冷却时，将其从模具中取出并去除多余的材料以形成最终产品 - 因此称为减法。

在传统的制造过程中，会发生以下步骤：

使用增材制造，制造步骤更少，流程如下：

基于 CATIA 模型的航空航天 3D 打印通过改变零件的制造方式，正在彻底改变航空航天制造业。

以下是增材制造在航空航天应用中的六种使用方式。

从直升机零件到涡轮发动机，航空航天部件需要在有时非常狭窄的空间中使用高度复杂的几何结构。

设计工程师可以使用打印 CAD 数据（内部组件等）创建整个结构的 3D 模型，而不是单独创建小而复杂的零件并在以后将它们组合成整体。然后，3D 打印机可以创建一个无缝零件，其中包括所有复杂的内部尺寸和复杂的几何形状，无需组装。这种方法甚至可以用于飞机的增材制造喷气发动机。

使用增材制造，可以使用包括金属和碳纤维在内的多种材料，以更短的交货时间和更少的能源制造复杂的零件。

无需设计模具和外包生产，航空工程师可以在很短的时间内设计和打印原型，而使用传统制造方法所花费的时间。由于能够更快地创建和测试原型，航空航天公司可以加快上市时间并在竞争中保持领先地位。

在航空航天领域，按照规格生产零件非常重要。对于传统制造，已经建立了规范流程。但是，增材制造尚未建立规范流程，因此确保制造的零件已按照规范生产并不那么明确。

当前航空航天领域增材制造面临的一些挑战包括：

增材制造不仅可以减少创建原型的时间，还可以降低成本。

对于传统制造，许多航空航天应用的材料浪费可能高达 98%。减法后可能会产生大量金属碎片，而制作正确的模具可能是一个漫长的过程。

由于增材制造是添加而不是减去材料，因此可以大大减少材料浪费，帮助制造商节省生产成本。增材制造工艺的设置存在初始成本。但是，从长远来看，节省的成本超过了这些初步费用。

每次将较小的部分组合成一个较大的对象时，都会降低整体的结构完整性。借助增材制造，设计工程师可以创建包括空心中心和内部组件在内的整个零件，而不会出现脆弱、易受攻击的接头。

此外，航空航天工业中的增材制造可以很好地利用复合材料。这是增材制造与传统制造相比具有明显优势的领域。

借助增材制造，当您将切片或层放置在力将要进入的方向上时，它可以让您的最终零件在该方向上异常坚固。

燃料是航空航天工业中成本最高的一种。减少燃料消耗的最佳方法是制造更轻的零件。不幸的是，在使用传统制造方式时，几乎不可能在不牺牲结构完整性的情况下制造出更轻的部件。

增材制造飞机零件无需连接螺栓和螺钉等部件，增材制造工艺可以将框架重量减少 25%，同时提高结构完整性。增材制造不仅可以降低油耗，还可以提高飞机的整体强度。

众所周知，航空航天业是所有行业中供应链最长的行业之一。为了有可用的零件，许多航空航天公司在仓库中储存了大量的零件——这是另一个成本和后勤问题。

由于增材制造过程快速高效，航空航天制造商可以在内部生产组件（包括定制零件），所需时间和成本比通过标准供应链订购时少。这减少了手头备有零件或维护大量存储设施的需要。

凭借快速高效地制造定制、轻质且结构合理的零件的能力，难怪许多企业正在转向航空航天应用的增材制造。

谈到航空航天增材制造的未来，CAD 模型发挥着核心作用。考虑到航空航天示例和研究前景中可用的增材制造，很明显 CAD 模型目前正在使用中，并且对航空航天公司很有价值。

随着越来越多的航空航天公司从传统制造工艺转向增材制造工艺，从长远来看，将更加关注具有打印 CAD 模型的能力。

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