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揭秘空客A350 XWB与金属3D打印的不解之缘

2015-12-16 09:45
月城清浅
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  金属增材制造在飞机制造业中的地位日益重要。更短的交付周期、更合适的部件和前所未有的成型自由度,这些都是选择金属激光熔融技术的重要依据。如今,该技术在飞机“轻量化结构”和“仿生学”方面的突出表现,让这一趋势更加显而易见:金属激光增材制造技术正在改变我们的设计思维。在未来的飞机设计中,部件将能够有针对性地吸收力线,同时又符合轻量化要求,更耐久、节约资源、这将改善当前航空航天业的成本结构。

  空客 A350 XWB 的连接件采用3D打印的生产方式,在2014年入围了“2014 年德国经济创新奖”的最终评选。评审团的评定意见:这种跨行业的开发形式,彻底改变了飞机构件的制造方式和民用飞机的“轻量化”途径;2015年12月2日,参与该项目的三位成员在德国柏林举办的“2015德国未来奖”中,又被共同授予“最佳团队”的荣誉称号,并接受了由德国总统亲自颁发的荣誉证书。该项目是由Concept Laser共同参与的。以前,该部件由铝(Al)材铣削加工而成。现在,它则可以用钛(Ti)材料打印而成,减重幅度大于 30%。

揭秘空客A350 XWB与金属3D打印的不解之缘

  小批量生产:更快、更灵活且轻量

  自由成型和减重是增材制造在航空工业领域长盛不衰的话题。其中“轻量化”特点可有效帮助航空公司在飞机运营中取得更为经济的效果。固定元件(托架)所能取得的减重效果,将有助于实现更低的燃料消耗,或者提升飞机的装载能力。设计新的飞机时,需要用到成千上万个小量制造的 FTI(飞行测试安装)托架。粉末床选择性激光融化方法不仅可以帮助设计人员快速生产出新的设计结构,而且生产出的部件重量要比常规的铸造件或者铣削件轻 30% 以上。 “绿色技术”节约资源 飞机零件在铣削过程中会产生高达 95% 的可回收废料。而采用激光熔融技术,操作者不仅可得到“接近最终轮廓的部件”,且废料只有约 5%。尤其对于像钛这样的高级且昂贵的飞机制造材料的节约,增材制造技术更具吸引力。无模具的制造方法节约了时间,改善了成本结构,有针对性的能源投入和节约资源是激光熔融技术的一大特点。

揭秘空客A350 XWB与金属3D打印的不解之缘

  更好的性能设计

  一般来说,在小量乃至中等数量的生产中,激光熔融技术总能带来有利的制造成本效应。在飞机制造过程中,若要实现规模效应,每一批次产品生产规模的大小比大批量生产更为重要。而采用激光熔融技术无需高额的铸模投资成本和模具成本。此外,激光增材制造方法还可提供比常规制造方法更高的造型自由度。像制作凹槽和内部的通道,例如冷却通道。在航空工业中,飞机制造商已经在考虑用该工艺生产电子设备的冷却元件和智能的液压部件。激光熔融技术首次将几何结构与功能性联系在一起,依然成为目前最吸人眼球的技术。该技术可以让部件内的能量通量在 CAD 设计阶段就能够非常精确地确定。总的来说,利用激光熔融技术能够开发出的安全性部件,比今天的部件更好、更轻且寿命更长。激光增材制造的材料具有更高的强度,虽然延展性较低,但经过正确的热处理之后,还是可将其重新提升。

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