航空航天領(lǐng)域，3D打印能否帶來可持續(xù)發(fā)展和更高的利潤空間?

南極熊獲悉，范堡羅國際航展于2022年7月18至22日如期舉辦，來自全球各地的航空航天、航空和國防工業(yè)，及其他領(lǐng)域的領(lǐng)先創(chuàng)新者齊聚一堂，共同開展開創(chuàng)性的合作和伙伴關(guān)系。

△FIA2022航空航天展

自上一次大型航空航天展以來，許多事情發(fā)生了重大變化。例如空中交通、商用飛機需求、商業(yè)航天工業(yè)的增長、VTOL和eVTOL都發(fā)生了一些根本性的變化。航空航天增材制造的一個重大變化是，越來越多的傳統(tǒng)制造業(yè)開始主動使用它們，而是不通過3D打印業(yè)務(wù)的服務(wù)商進行推銷。

雖然它在整個航空航天工業(yè)中，仍然僅占很小的收入占比，但是，隨著3D打印即使的持續(xù)增長，它正在為需要它們的行業(yè)帶來更多的利潤。

更重要的是，隨著全球商業(yè)航空運輸量的下降，人們會重新考慮高運營成本所帶來的風險。雖然，目前3D打印初期也需要高額的投資，和整個生產(chǎn)工作流程中執(zhí)行范式轉(zhuǎn)變。但是，一旦它們經(jīng)過驗證，被證明是安全和有利可圖的，那么，企業(yè)想要實現(xiàn)大規(guī)模低成本批量生產(chǎn)，僅僅是增長設(shè)備數(shù)量即可解決，這也該技術(shù)的優(yōu)勢之一。

可持續(xù)發(fā)展
達索公司執(zhí)行副總裁Ribet，在FIA2022展會期間表示，"我們與空客合作的下一代飛機將使用氫氣，這將完全改變發(fā)動機在燃燒和材料使用方面的情況。更重要的是，這將需要重新思考他們在過去15-20年里一直在實施的一些工業(yè)流程。而且，特別是在制造領(lǐng)域，他們開始融合越來越多的增材制造方法，因為減法成本高，浪費，而且不是真正的可持續(xù)�！�

“我們看到的另一個主要趨勢是，以前，許多公司僅是看到3D打印，能否會為它們提高生產(chǎn)力、效率和利潤。但是，現(xiàn)在它們受到全球可持續(xù)發(fā)展的大環(huán)境下，他們需要證明他們的生產(chǎn)方式比以前更環(huán)保。例如，中國、日本、韓國、德國、西班牙和許多政府都開始注重環(huán)保，并且嚴格監(jiān)管企業(yè)。這意味著3D打印，不再只是一種生產(chǎn)速度更快或更具成本效益的方法，而是將成為一種要求。他們將被迫改變流程和方法。

△空客展臺

空客的明日之翼
在FIA2022期間，空客公司展示了跨國研發(fā)計劃，明日之翼的成果。首個全復合材料原型全尺寸機翼的完成，標志著100多種不同的部件和制造技術(shù)的成功集成，其中包括全新的工業(yè)裝配系統(tǒng)，這有助于驗證關(guān)鍵的自動化目標。

空客首席技術(shù)官 Sabine Klauke 表示：“明日之翼計劃，為我們目前的機翼組裝方式帶來了完全不同的建造理念，是我們研發(fā)組合的重要組成部分，將幫助我們評估未來機翼生產(chǎn)的工業(yè)可行性�！� Klauke女士強調(diào)了增材制造只是實施的眾多技術(shù)之一，在生產(chǎn)過程中的工具和夾具制造中具有特殊的優(yōu)勢。

△波音使用3D打印技術(shù)為APU排氣管制造支撐面板

波音的生態(tài)改進
自2012年以來，波音公司一直希望通過ecoDemonstrator計劃來探索全新的航空技術(shù)，該計劃涉及五款不同的波音額飛機，和112個不同的項目，比如綠色柴油、受荷蓮葉啟發(fā)的機翼、以及用于機身外部的防冰涂料等。

隨著ecoDemonstrator的第六次迭代，該公司將目光瞄向了改進型777貨機，且計劃在今年開展多項測試。據(jù)悉，它們采用可以有效降低結(jié)構(gòu)重量的3D打印部件。

該團隊計劃在整個測試期間，使用可持續(xù)航空燃料和傳統(tǒng)噴氣燃料的30/70混合物為 777-200ER提供動力。該計劃將繼續(xù)與美國國家航空航天局建立多年合作伙伴關(guān)系，以研究可持續(xù)航空燃料的排放改進。

同時，它們還采用3D打印技術(shù)制造APU排氣管支撐面板，這是位于飛機后部的輔助動力裝置。以及，ecoDemonstrator 2022中的另一個增材制造部件是發(fā)動機，兩者均由波音增材制造創(chuàng)新中心開發(fā)，旨在減輕飛機重量、節(jié)省燃料和優(yōu)化制造過程。

△GE和Safran的合資企業(yè)Cfm

巨型GE9X發(fā)動機
它專為新型雙引擎波音777X系列設(shè)計，是同類產(chǎn)品中燃油效率最高的發(fā)動機，具有無與倫比的可靠性和性能。GE9X將300多個發(fā)動機部件組合成僅7個3D打印組件，從而減輕了重量。3D打印還為GE工程師提供了更多的創(chuàng)作自由，通過允許更復雜的組件設(shè)計從根本上改變了設(shè)計方法。

△GE9X將300多個發(fā)動機部件組合成僅7個3D打印組件

該公司計劃以4年的投資使發(fā)動機更清潔、更安靜和更高效為基礎(chǔ)，旨在加速新推進技術(shù)的開發(fā)，為下一代飛機和更加可持續(xù)的未來鋪平道路。

△歐瑞康展臺

有利可圖且經(jīng)過驗證
這些新技術(shù)和制造工藝，越多地應(yīng)用到未來的飛機上，就會有更多的業(yè)務(wù)流向那些已經(jīng)提供盈利和可持續(xù)的增材制造服務(wù)，和3D打印航空部件的公司。歐瑞康執(zhí)行主席Michael Seuss 博士，在去年的AMTC上明表明：盡管面臨諸多挑戰(zhàn)，但該公司繼續(xù)投資增材制造的原因在于，一旦您確定了一個有利可圖的應(yīng)用程序，您就可以開始生成立即獲利。它們正在探索這些優(yōu)勢。

同時，歐瑞康在其各個站點運行42臺金屬PBF 3D打印機，其中包括來自EOS、Trumpf、3D Systems/GF、Renishaw 和 Concept Laser 的一些高效系統(tǒng)。其中值得注意的是，Red Horn 1 Feed BEAM 023是空客AngoSat-2衛(wèi)星的大型通信組件（天線）。該生產(chǎn)部件作為帶有集成支架的單個組件進行3D打印。

更多3D打印的場景來自Samuel的增材制造部門Burloak。這家加拿大公司，是第一家獲得波音BAC 5673規(guī)范批準的Tekna或IMR鋁 (AlSi10Mg) 3D打印組件供應(yīng)商。目前，主要業(yè)務(wù)仍然是航天，衛(wèi)星零件等。雖然該公司擁有強大的生產(chǎn)能力，但該公司的業(yè)務(wù)是基于高價值的業(yè)務(wù)，它可以提供全面的DfAM支持，一直到高級NDT和HIP功能。這些零件可能不代表航空航天生產(chǎn)的份額，但它們可以產(chǎn)生可觀的盈利能力。

△HiETA Technologies將3D打印熱交換器，確定作為關(guān)鍵盈利點

HiETA Technologies將3D打印熱交換器確定作為關(guān)鍵盈利點，目前，正在開發(fā)高度專業(yè)化的技術(shù)，并與Renishaw等英國公司進行戰(zhàn)略合作。

△Lincotek通過合作，皆在共同開發(fā)金屬3D打印新技術(shù)

其他幾家公司展示了高價值的3D打印航空零件，包括剛剛進入航空航天領(lǐng)域的公司。例如，意大利大型金屬增材制造服務(wù)提供商Lincotek，展示了與法國金屬增材制造服務(wù)商Volum-e合作的初步成果。兩家公司通過合作，皆在共同開發(fā)提高金屬PBF生產(chǎn)力的新技術(shù)。

△Pankl Racing Systems開發(fā)的3D打印結(jié)構(gòu)

同樣，Pankl Racing Systems是一家奧地利的大型金屬增材制造服務(wù)提供商。它正在通過最近成立的Pankl Aerospace Systems部門，將專業(yè)知識帶入航空航天領(lǐng)域。它們利用在能源領(lǐng)域和其他復雜部件方面的經(jīng)驗，來迅速進入航空航天領(lǐng)域。該公司透露，在開始開發(fā)不到兩年的時間內(nèi)，它就為教練機制造2個3D打印部件。這些零件由總共22個零件合并而成，從而減少了組裝時間和重量，并消解決了泄露問題。

△Vertical新研發(fā)的垂直升降飛機 

共同創(chuàng)新
3D打印，目前正在成為最新航空技術(shù)的核心。在全球疫情期間，出現(xiàn)了新的個人航空運輸方式。Vertical是一家總部位于英國、資金雄厚的eVTOL公司，在兩年的開發(fā)時間里，它幾乎完成了它的第一個功能原型。該公司的代表透露了3D打印，是如何幫助它們快速實現(xiàn)原型制造的。

△Skyrora的二級火箭展示

Skyrora是另一家英國公司（總部位于蘇格蘭），該公司的火箭發(fā)動機與世界上許多其他太空初創(chuàng)公司一樣使用3D打印技術(shù)。在短短兩年內(nèi)，Skyrora就能夠開設(shè)一個新的制造和生產(chǎn)設(shè)施，這是英國同類設(shè)施中最大的。

現(xiàn)在，Skyrora XL火箭第二級的首次測試，很快將在英國本土進行，并且完全在內(nèi)部制造和組裝。這包括70kN發(fā)動機的組裝，這個商業(yè)液體發(fā)動機，就是使用3D打印制造的。

更多的增材制造創(chuàng)新發(fā)生在硬件層面，并可能對航空航天產(chǎn)生一些重要影響。意大利的Caracol和美國的MELD Manufacturing等公司，正在使用創(chuàng)新方法開發(fā)復合材料和金屬3D打印新系統(tǒng)。

復合材料在制造領(lǐng)域擁有者非常大的前景，可制造各種行業(yè)的最終零件。MELD正在使用攪拌摩擦焊接增材制造技術(shù)，并與龍門架構(gòu)工具專家Ingersoll合作，生產(chǎn)世界上最大的金屬3D打印機，它能夠制造汽車大小的零件。這些新方法將推動整個航空航天領(lǐng)域的更多創(chuàng)新，并且這個循環(huán)將繼續(xù)下去。