看英國地平線增材制造計劃如何推進利用3D打印來生產(chǎn)下一代飛機零件？

從模型飛機到無人機到噴氣機和火箭，你可能會驚奇地發(fā)現(xiàn)今天有多少正在飛行的飛機上含有3D打印的零件。而這種趨勢只會繼續(xù)下去，英國ATI地平線增材制造計劃正在努力開發(fā)航空航天領(lǐng)域的先進制造方法。英國地平線增材制造計劃目前專注于生產(chǎn)飛機用金屬輕質(zhì)部件的新型增材制造技術(shù)。他們將創(chuàng)造更實惠的生產(chǎn)方法，減少浪費，按需生產(chǎn)近凈形狀的零件。

英國地平線增材制造項目希望通過建立3D打印飛行零部件的可行方法，利用3D打印技術(shù)所實現(xiàn)的高度幾何復雜性和多種材料的能力，為下一代飛機制造先進的零部件，從而使英國處在航空航天設(shè)計和制造的前沿。

英國地平線增材制造計劃是由一群有興趣為航空航天零部件創(chuàng)造新型增材制造技術(shù)的合作伙伴組成的聯(lián)盟來實施的。聯(lián)盟于2014年成立，由GKN 航空公司領(lǐng)導，其他成員包括雷尼紹、歐特克、謝菲爾德大學、華威大學、達爾康 (Delcam)等。

目前該聯(lián)盟的項目包括11個工作包，其中包括：增材制造材料、設(shè)計要求、增材制造設(shè)計、優(yōu)化、塑料增材制造、增材制造流程的理解、增材制造的后期處理、增材制造零件的無損探傷檢測等。

英國地平線增材制造計劃的重點是通過GKN的技術(shù)準備評估（TRA）流程推進三項關(guān)鍵的增材制造技術(shù)，以便將其發(fā)展為可行的生產(chǎn)流程。迄今為止，根據(jù)聯(lián)盟設(shè)計的各項評估指標，塑料增材制造已經(jīng)達到TRL3階段，而LPB-激光粉末床熔化技術(shù)則達到了TRL4階段。

其他的ATI地平線增材制造項目還和GKN測試站點合作，為在WIST和ALFET開發(fā)的下一代防冰系統(tǒng)的飛行試驗生產(chǎn)飛行測試硬件。 達到TRL4階段的技術(shù)重點是從過程轉(zhuǎn)向產(chǎn)品開發(fā)，這個階段也包括一些塑料的3D打印應(yīng)用開發(fā)。目前ATI地平線增材制造項目人員由8名工程師增加到了20名，擁有10臺3D打印機。他們在材料分析實驗室使用多種材料，專注于不需要后處理的生產(chǎn)，并且與增材制造客戶加強合作。

GKN通過支持地平線增材制造計劃也獲得了自身技術(shù)的發(fā)展�，F(xiàn)在，GKN的優(yōu)勢表現(xiàn)在可以通過與現(xiàn)有客戶合作來生產(chǎn)需要快速交付的試飛硬件。通過這種合作，GKN還可以將增材制造擴展應(yīng)用到客戶業(yè)務(wù)的其他領(lǐng)域。

當前，地平線增材制造項目完成了兩個案例研究工作。第一個研究工作圍繞著下一代冰探測系統(tǒng)進行研究，因為該聯(lián)盟也與其他主要實體合作，包括GKN其他部門。他們通過激光粉末床熔化技術(shù)來進行新型飛機光學冰探測器（OID）和下一代防冰加熱墊零件的開發(fā)工作。

這個項目中各種技術(shù)的成熟水平如下：

- 激光粉末床增材制造：接近TRL 5

- 光學冰探測器：接近TRL 6

- 防冰加熱墊（ALFET）: 接近TRL 6

研究人員開發(fā)的增材制造零部件需要與飛機的儀器罐，OID傳感器和外部視頻攝像頭連接，以探測冰是否已經(jīng)累積。在制造過程中，需要盡量減少零件外表面的表面粗糙度，并實現(xiàn)3D打印零件和其他金屬零件之間結(jié)合所需要的嚴謹?shù)某叽绻�差，這一點很重要。

第二個案例跟增材制造設(shè)計理念（DfAM）有關(guān)，研究人員探索了機翼鉸鏈支架上的仿真驅(qū)動設(shè)計方法。通過仿真驅(qū)動設(shè)計，研究人員設(shè)計出重量減輕50％的復雜零件。不僅如此，這些零件可以通過3D打印來生產(chǎn)。而且還為機翼設(shè)計提供了更高的性能，更高的效率。

總體來說鉸鏈支架的設(shè)計帶來了一系列的改變，包括買飛比從3.5降低到了2甚至是1.5，重量降低了53%，減少零件數(shù)量，縮短設(shè)計時間。

來源：3D科學