3D 打印改变飞机工业的八种方式

飞机工业不断发展，不断引入新技术来提高安全性、效率和性能。 3D 打印是一项彻底改变飞机制造和维护的技术。 3D 打印也称为增材制造，可以创建具有复杂几何形状的复杂零件，而这是使用传统制造方法无法生产的。 

航空航天业是 3D 打印的早期采用者，并且仍然是其进步的重要贡献者。自 1989 年以来，该行业的公司一直在利用 3D 打印技术。 3D 打印在该行业有着广泛的应用，从飞机部件的原型设计和生产到维护和修理、模具和室内设计。在本文中，我们将讨论 3D 打印在飞机工业中的八种用途，重点介绍如何利用该技术来增强安全性、降低成本和提高生产效率。

3D打印可用于生产夹具、夹具等工装设备，可提高生产效率、降低成本。飞机公司的每架飞机都需要大量的固定装置、模板、导轨和量具，而 3D 打印可以实现经济高效的生产。通常，与其他制造方法相比，此工艺可减少 60-90% 的成本和交货时间。

2。创新

3D 打印可以生产传统方法无法制造的复杂零件。这包括具有复杂几何形状的轻质零件，例如支架、外壳和涡轮叶片。 3D 打印还可以定制飞机部件。工程师可以设计和打印专门针对特定飞机需求的零件。这种定制确保每架飞机都针对其预期用途进行优化，从而提高性能和安全性。

3。原型设计

3D 打印最显着的优势之一是能够快速生产功能原型。通过 3D 打印，可以在数小时内（而不是数天或数周）创建零件或组件的原型。这意味着设计师可以快速迭代设计、测试新想法并验证形状和合身性。这可以减少与传统原型制作方法（例如数控加工或注塑成型）相关的时间和成本。

4。代理人

替代品是生产过程中使用的临时零件，代表最终将安装在最终组件中的组件。这些替代部件主要用作训练辅助工具。美国宇航局和许多空军基地在生产车间制造飞机部件时经常使用它们。

5。更换零件

替换零件是为替换飞机上损坏或磨损的部件而生产和安装的零件。使用 3D 打印替换零件的优点是生产时间更快、成本更低，并且能够生产使用传统方法可能难以或不可能制造的零件。

3D打印风道示意图

6。定制

3D 打印的灵活性允许实现传统制造方法无法实现的定制水平。这在航空航天工业中特别有用，因为每架飞机都是独一无二的，并且通常需要进行修改才能满足特定的客户要求。通过 3D 打印，设计人员可以轻松创建根据个别飞机和客户需求量身定制的定制零件。

当飞机性能的增强证明复杂、独一无二的组件的成本合理时，航空航天业就会受到 3D 打印技术的重大影响。例如，专门设计和制造的单个3D打印组件可以减少2.1%的空气阻力，从而减少5.41%的燃料费用。该技术可以定制适合特定飞机或飞机类型（例如货运、客运或直升机）的轻型支架。此外，3D 打印还为许多定制航空航天组件提供零件整合和拓扑优化。

7。轻量化

航空航天业一直在寻求减轻飞机部件重量的方法，以提高燃油效率和性能。减轻飞机重量是最大限度减少飞行对环境影响的关键因素。 3D 打印零件通过减少空气阻力来减轻重量，从而降低燃料消耗。

在给定速度下，飞机的重量会增加阻力，因为机翼需要产生足够的升力。然而，重量对巡航高度的影响最为显着。由于升力所需的空气密度，较重的飞机的巡航高度较低。更大的空气密度会导致更大的阻力，从而导致更高的燃油消耗。碳纤维材料和形状记忆合金的使用可以减轻飞机的重量，同时提高施工效率。

8。安装支架

3D 打印技术广泛用于小批量金属支架的生产，这些支架结构坚固，可以将复杂的救生系统安装到飞机内壁。制造过程通常涉及直接金属激光烧结 (DMLS) 或选择性激光熔化 (SLM) 技术，以制造符合航空航天业所需安全标准的高质量支架。

为什么 3D 打印在航空航天工业中很重要？

3D打印在航空航天领域的重要性主要体现在飞机设计和零部件生产的改进。 3D打印可以生产传统制造方法无法制造的复杂、轻质且耐用的零件。它使得能够生产具有复杂几何形状的部件，包括支架、外壳和涡轮叶片，这对航空航天业至关重要。 

此外，以较低的成本按需生产零件的能力使飞机制造商能够减少库存和交货时间，同时也使他们能够为特定应用设计和生产定制零件。此外，将 3D 打印用于模具、夹具和固定装置还可以显着节省成本并提高生产效率。 

3D 打印如何影响航空航天业？

3D 打印正在各个领域彻底改变航空航天业，包括：

1. 生产固定装置、夹具、量具和模板，从而降低成本。
2. 创建占位符部件以用于培训目的。
3. 制造在飞机内发挥结构功能的金属支架。
4. 利用 3D 打印原型来完善成品零件的形状和配合。
5. 飞机内部部件的生产，例如门把手和驾驶舱仪表板。
6. 更轻、更高效的发动机和涡轮部件的制造归功于 3D 打印技术的进步。
7. 能够生产使用传统方法难以或不可能制造的复杂轻质零件，从而制造出更强大、更高效、更安全的飞机。
8. 不再需要昂贵的工具和模具，从而减少与生产零部件相关的时间和成本，从而减少库存并提高供应链效率。
9. 航空航天制造领域的创新，例如在太空中使用增材制造，可以按需生产零件，并减少了昂贵且耗时的供应任务。

3D 建模如何应用于航空航天？

3D建模在航空航天工业中有着广泛的应用。 3D 建模是创建对象或结构的三维表示的过程。 3D 建模的一种使用方式是建造飞机机库。工程师创建机库的 3D 模型，帮助他们了解如何将机库组装在一起以及它如何与周围环境交互。

3D 建模的另一种用途是设计飞机机身。工程师使用 3D 模型来测试不同的设计如何与飞机的其余部分以及周围的空气相互作用。他们还可以使用 3D 模型创建原型来测试其他材料将如何影响机身的强度和耐用性。 3D 模型还有助于估算飞机或航空航天项目的价格和成本，包括有关材料、劳动力和与项目相关的其他费用的信息。 

3D 模型还提供了项目的详细计划和规格。 3D 扫描可以存储有关项目不同零件和组件的大量数据。最后，3D 模型可帮助工程师将结构分解为零件和组件，以进行精细分析。这有助于工程师更好地了解特定功能的工作原理或识别潜在的设计问题。

哪些航空航天公司使用 3D 打印？

许多航空航天公司都以不同的方式使用 3D 打印。使用 3D 打印的航空航天业的一些主要参与者包括：

1. 空客
2. 波音
3. 洛克希德·马丁公司
4. 通用电气航空
5. 劳斯莱斯
6. SpaceX
7. 美国宇航局

这些航空航天公司一直在使用 3D 打印技术为其飞机制造零件。他们还开始探索在生产过程中使用 3D 打印。

波音如何使用 3D 打印？

波音公司从事3D打印实验已有一段时间了。几年前，该公司开始在卫星生产中使用3D打印。 2019年，它通过增材制造制造出第一颗金属卫星天线。该天线是为以色列 Spacecom 公司制造的，并于当年 8 月随其 AMOS 17 卫星一起发射。通过用单个 3D 打印零件替换大型组件中的多个零件，波音公司能够减轻天线的重量并缩短生产时间。

波音还在其顶级喷气式飞机的生产中采用增材制造。新型波音 777x 配备两台 GE9X 发动机，这是 GE 航空集团全球最大的喷气发动机。该发动机采用了 300 多个打印部件，减轻了重量，使波音 777x 成为世界上最高效的双引擎喷气式飞机，燃油消耗降低了 12%，运营成本降低了 10%。

3D 打印将如何使太空旅行受益？

太空应用的制造需要高精度。 DMLS（直接金属激光烧结）和 EBM（电子束熔化）等增材制造工艺擅长生产符合严格公差的零件。当层薄至 20 或 40 微米时，可以实现高水平的尺寸精度。然而，一些金属 3D 打印技术，例如 SLM（选择性激光熔化），由于其体积大、功率要求高以及与易燃粉末和呼吸道危害相关，因此不适合微重力环境。 NASA 及其合作伙伴正在开发适用于国际空间站的金属打印技术，从而能够使用 3D 打印技术生产用于太空任务的金属零件。

在太空打印工具和替换零件的能力对于长期任务至关重要。 3D打印技术可以提供一种解决方案，使宇航员能够按需生产必要的零件，而无需等待它们从地球送来。 3D 打印还可以减轻有效载荷的重量，因为只需要运输原材料，从而显着减少重量和空间需求，并节省将有效载荷发射到太空的成本。

此外，3D 打印可以创建传统制造方法无法实现的更复杂的设计。这使得可以为太空旅行制造先进且高效的组件，例如火箭发动机零件和隔热罩。此外，3D打印技术可用于在其他星球上创建栖息地和基础设施。这将有助于在太空中建立可持续的人类存在，并能够根据需要建造和修复结构。

航空航天工业3D打印最常用的材料是什么？

航空航天工业中3D打印最常用的材料是各种类型的金属合金，包括：钛、铝、不锈钢和钴铬合金。这些材料具有高强度重量比、优异的热性能和机械性能以及耐腐蚀性，使其成为生产轻质耐用航空航天部件的理想选择。然而，在某些应用中也使用其他材料，如聚合物和复合材料。下面列出了航空航天工业 3D 打印中使用的一些材料：

1. ABS： 用于仪表板界面等边框。
2. 可浇注树脂或蜡： 用于铸造金属零件，例如门把手和支架。
3. 玻璃填充尼龙： 用于发动机舱，例如停机坪喷嘴边框。
4. 尼龙 12： 用于创建空气管道，例如气流管道。
5. 标准树脂： 用于全尺寸面板，例如入口门和座椅靠背。这些也用于生产驾驶室配件，例如控制台控制部件。
6. 钛或铝： 用作 GE 喷气发动机和悬架叉骨等金属部件。
7. 透明树脂： 用于制造车头灯原型。

复合材料如何应用于航空航天3D打印？

复合材料由于其强度和重量的独特组合，越来越多地用于航空航天应用的 3D 打印。它们通常由基质材料（例如聚合物或金属）和增强纤维（例如碳或玻璃）组成。

复合材料通常用于机身结构、发动机部件和内部部件等部件。 3D 打印为生产复合材料部件提供了多种优势，包括能够创建使用传统方法难以或不可能制造的复杂几何形状和结构。

钛是航空航天工业3D打印的好材料吗？

是的，钛是航空航天工业中 3D 打印的常用材料。它具有优异的强度重量比和高耐腐蚀性，使其成为飞机部件的理想材料。此外，3D 打印可以创建传统制造方法无法实现的复杂几何形状。它是生产航空航天应用钛零件的宝贵工具。然而，与其他材料相比，钛可能更昂贵且难以加工。它通常保留用于需要其独特属性的高性能或关键组件。

摘要

本文介绍了 3D 打印在飞机工业中的用途，解释了它们的含义，并详细讨论了每种用途及其优点。要了解有关 3D 打印在各个行业中的应用的更多信息，请联系 Xometry 代表。

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迪恩·麦克克莱门茨

Dean McClements 是机械工程荣誉学士学位毕业生，在制造业拥有二十多年的经验。他的职业生涯包括在 Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace 和 Hyster-Yale 等领先公司担任重要职务，在那里他对工程流程和创新有了深入的了解。

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