3D打印助力空客，兩周時(shí)間完成從設(shè)計(jì)到成品制造

來(lái)源：EOS

一架全新的商用飛機(jī)首次飛向天空總有其特殊意義，作為劃時(shí)代的產(chǎn)品，空客A350 XWB 從設(shè)計(jì)之初就明顯側(cè)重于材料和生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新——其目標(biāo)不僅僅是打造世界上最有效率的飛機(jī)。增材制造作為面向未來(lái)的技術(shù)，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中被充分考慮。作為測(cè)試項(xiàng)目的一部分，來(lái)自 Sogeti High Tech 的專家以創(chuàng)紀(jì)錄的速度成功地為客機(jī)垂直穩(wěn)定翼的前翼梁開(kāi)發(fā)了一種線束支架，從初始草圖到最終成品只用了兩周時(shí)間。EOS 的技術(shù)和專業(yè)知識(shí)為這一開(kāi)發(fā)過(guò)程提供了關(guān)鍵保障。

輕量化和高質(zhì)量：使用 EOS Aluminium AlSi10Mg 實(shí)現(xiàn)垂直尾翼支架的一體化設(shè)計(jì)。

▌面臨的挑戰(zhàn)
該項(xiàng)目的目標(biāo)是為最新空客機(jī)型開(kāi)發(fā)電纜布線支架。該支架用于垂直穩(wěn)定翼上攝像頭的供電和數(shù)據(jù)傳輸，使乘客能夠看到機(jī)艙外部的景象，并為飛行員指引地面方向。

任務(wù)面臨的最大挑戰(zhàn)是，交貨時(shí)間只有短短的兩周。整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程必須在此時(shí)間段內(nèi)完成：通過(guò)對(duì)零部件和當(dāng)前安裝的分析，進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化以及成品的參數(shù)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。支架還需要使用盡可能少的支撐結(jié)構(gòu)，以避免后期處理。另外，組件的規(guī)格要求集成卡入式電纜固定件、減輕重量，并符合后續(xù)航空工業(yè)認(rèn)證的嚴(yán)格要求。

傳統(tǒng)方式生產(chǎn)的組件由成型的金屬片材零部件和許多鉚釘組成，總共超過(guò) 30 個(gè)單獨(dú)零部件。上部的插頭連接器由塑料制成，使用的材料與支架的其他零部件不同。目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一個(gè)集成式解決方案，包括插頭連接器在內(nèi)的單一零部件，這樣能夠大大減少構(gòu)造和安裝時(shí)間。通過(guò)基于拓?fù)鋬?yōu)化的參數(shù)究來(lái)確定增材制造的減重目標(biāo)。


▌解決方案：30個(gè)零件集成為一個(gè)，金屬3D打印制造
對(duì)于這個(gè)新組件，Sogeti High Tech 采用經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的開(kāi)發(fā)過(guò)程，用于設(shè)計(jì)零部件。該項(xiàng)目首先根據(jù)即將采用的制造過(guò)程，對(duì)現(xiàn)有的傳統(tǒng)方式生產(chǎn)的組件進(jìn)行分析，結(jié)果非常樂(lè)觀。針對(duì)該組件的功能、材料和原來(lái)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，金屬3D 打印技術(shù)是理想選擇。借助該技術(shù)提供的設(shè)計(jì)自由度，復(fù)雜結(jié)構(gòu)可以通過(guò)單個(gè)零件實(shí)現(xiàn)，這意味減輕重量的同時(shí)不影響其功能。

采用增材制造技術(shù)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)的尾架將零部件數(shù)量從 30 個(gè)減少到 1 個(gè)。

鋁合金（AlSi10Mg）是薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)的理想選擇。與外部區(qū)域的接口保持不變形成了非設(shè)計(jì)空間，這意味著不需要對(duì)其進(jìn)行任何更改。將定義的負(fù)載作為參數(shù)研究中拓?fù)鋬?yōu)化的邊界條件，為新設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

按照慣例，將 CAE 軟件用于拓?fù)鋬?yōu)化計(jì)算；相比之下，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)使用了專用的解決方案，將自由曲面用于重新設(shè)計(jì)。Sogeti High Tech 獨(dú)立完成設(shè)計(jì)。為了滿足兩周的交付周期，EOS 使用 EOSPRINT 軟件，計(jì)算出通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果計(jì)算出構(gòu)建時(shí)間和優(yōu)化參數(shù)。從而以 CAE 呈現(xiàn)制造的零部件，同時(shí)還兼顧制造過(guò)程的可能性和局限性以及避免支撐結(jié)構(gòu)。除了出色的硬件外，EOS 全面的專業(yè)知識(shí)也為零部件順利制造提供了保障。

▌成果：19 小時(shí)完成制造，減重30%，實(shí)現(xiàn)全面定制化
通過(guò) Sogeti 和 EOS 之間的合作，開(kāi)發(fā)出針對(duì)增材制造優(yōu)化的零部件，充分利用 SLM 技術(shù)所提供的設(shè)計(jì)自由度，同時(shí)兼顧其限制因素。這樣就可以將電纜布線的插頭連接器集成到設(shè)計(jì)中，對(duì)特定關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行局部加強(qiáng)，從而優(yōu)化結(jié)構(gòu)。組件內(nèi)的自支撐孔隙和支柱可以穩(wěn)定當(dāng)前結(jié)構(gòu)并將后期處理成本降至最低。

此外，3D打印可以實(shí)現(xiàn)按需制造，無(wú)論何時(shí)需要，都可以極快的速度生產(chǎn)支架。在 EOS M 400 上以 90μm 的層厚度進(jìn)行制造時(shí)只需要 19 個(gè)小時(shí)，而傳統(tǒng)制造則需要 70 天，這等于生產(chǎn)時(shí)間減少了 90％ 以上。歸功于許多單獨(dú)步驟和之前 30 個(gè)零部件已經(jīng)集成在一個(gè)中央組件中，現(xiàn)在僅需一步即可進(jìn)行生產(chǎn)。此外，現(xiàn)在也不再需要對(duì)各個(gè)零部件進(jìn)行單獨(dú)生產(chǎn)，更無(wú)需庫(kù)存，這就節(jié)省了大量的費(fèi)用。整個(gè)裝配件的存儲(chǔ)也非常簡(jiǎn)單。

Sogeti 生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)節(jié)省了大量的時(shí)間。從初始草圖到最終組件完成的整個(gè)過(guò)程只需要兩個(gè)星期。這個(gè)交貨時(shí)間非常驚人。同時(shí)，該設(shè)計(jì)減輕了可觀的重量。傳統(tǒng)制造的零部件重達(dá) 452 克，而增材制造的線束支架重僅 317 克 —眾所周知，航空工業(yè)千方百計(jì)減輕每一克重量，以便將燃油消耗降至最低。