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增材制造:助航空航天实现“七大突破”!

2015-09-25 11:10
flinay
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  增材制造(3D打印)从其早期的应用衍变至今,已经走过了30多年的路程。工业级3D打印最普遍的流程是在粉末床上层层堆叠打印,通过电子激光束选择性烧结粉末颗粒,最后成型。

  3D打印对制造业中长久存在的批量与范围困境提出了两方面的挑战:首先,它降低了大规模打印对象的成本。一台打印机能同步构建多个不同设计的复杂部件,这样一来,高度集中的工厂生产线就变得无用武之地(进入当地制造业的门槛降低了)。其次,3D打印在相同投资的条件下,增加了设计的多样性。因此,制造复杂的部件、实现生产转型以及个性化定制的成本得以缩减。

  与大规模制造行业相比,航天航空业主要集中于复杂的小批量制造,这一行业正努力利用最新最前沿的科技,同时,它也是3D打印行业的主要市场之一,将3D打印视作克服主要挑战的方式,这些挑战包括环境性能限制、高昂的制造成本、竞争激烈的市场环境。

  航天航空业如何从增材制造中获利?

  优化研发流程

  3D打印使工程师们能能够更快地设计出原型,并将概念设计转换为实体。3D打印省去了模具制造环节,直接制作出最终成品,从而加速了整个研发生产流程。这样一来,公司就能快速测试多种设计结构,并以此为基础确定顾客偏好、降低产品退回率、缩短产品推向市场的时间。

  同样,增材制造在制作模型和小批量生产方面也颇具优势,能在这两方面缩减或节省昂贵又缺乏分摊的模具制造成本。

  3D打印通过远程合作能顺利实现众包。随着时间推移,这种模式有可能影响到公司的研发。众包的力量在未来的某个时刻会取代传统的研发方式,成为企业的首要选择。

  2013年,美国国防部高级研究计划局申请改善飞机的垂直升降系统。通过3D打印技术,波音不到30天就生产出了对应的模型。这样的一个模型,如果用其它方式制造,动辄耗上几个月。

  复杂部件设计

  传统的设计很大程度上会受到生产技术的限制。以往,工程师们设计前,几乎都先考虑铣削、旋转、铸造、锻造和焊接过程的可能性和限制性,一些拓补学优化的设计由于结构复杂无法是生产出来的。

  增材制造可以制造出塑料及金属复杂部件,比如钢、铝等。航天航空中已经使用3D打印的Ti-6Al-4V钛合金和718铬镍铁合金来制作部件,这两种材料在几何结构上的灵活变动性很强,为创新设计提供了更广阔的空间。同时,3D打印也使得设计师们可以不用理会传统制造的限制,实现产品性能最大化。

  GE航空也在利用增材制造生产涡轮叶片,这些涡轮叶片形状复杂,有利于减少气流阻力。用传统方式制造这些涡轮叶片,则会相当费力耗时。GE计划,到2016年将实现这些涡轮叶片的大批量增材制造。

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