TCTAsia2019焦點(diǎn):MRO公司如何利用增材制造?
責(zé)任編輯:傳說的落葉 時間:2019-02-21 08:44
[導(dǎo)讀]了解全球規(guī)模最大的一些航空航天及MRO公司如何利用增材制造。
了解全球規(guī)模最大的一些航空航天及MRO公司如何利用增材制造。
長期投身于打印行業(yè),我發(fā)現(xiàn)自己總是戴著“增材制造的有色眼鏡”觀察這個世界。最明顯的例子就是:我在乘坐飛機(jī)時總是在機(jī)艙里反復(fù)觀察,希望能看到越來越多的增材制造(AM)部件得到實際應(yīng)用。
飛機(jī)壽命通常都有二三十年,因此,飛機(jī)的保養(yǎng)、維修和大修(MRO)以及翻新已發(fā)展成為必要的大規(guī)模服務(wù)板塊?;叵胍幌伦约哼^去幾年里乘坐的每架飛機(jī),有些飛機(jī)是否還裝有上世紀(jì)八十年代的充電插座?飛機(jī)并不能一夜之間更新到滿足當(dāng)前消費(fèi)者預(yù)期的程度。然而,據(jù)《空客全球市場展望》預(yù)測,商用飛機(jī)升級服務(wù)的市場在未來20年內(nèi)的價值將達(dá)1800億美元 。
航空航天應(yīng)用占增材制造行業(yè)的18.9%,該比例較2017年上升了0.7個百分點(diǎn)。增材制造給航空航天產(chǎn)業(yè)帶來不少福音,包括:零件整合; 庫存減輕;按需制造;輕量化降低成本和燃料消耗量。對于時間較緊張的零部件更換,停機(jī)時間必須保持在最短,交付速度是至關(guān)重要的一種因素。
層對層
你可以(甚至應(yīng)該)3D打印整架飛機(jī)嗎?總部位于柏林的BigRep希望通過與阿提哈德航空工程公司合作的“層對層”戰(zhàn)略從內(nèi)部角度回答這個問題。這意味著這家大型3D打印公司正密切關(guān)注著你在機(jī)艙中看到的每一個零件,探索增材制造在哪些方面可提供更好的解決方案。
BigRep全球戰(zhàn)略總監(jiān)Daniel Büning說,“目前,公司正與阿提哈德工程公司的創(chuàng)新部門合作識別機(jī)艙內(nèi)哪些零件(主要是大型零件)適用于3D打印。打印部件可以是頭靠、側(cè)壁板或座椅或娛樂系統(tǒng)的組成部分。核心理念是與其首席設(shè)計師和工程師合作,為增材制造機(jī)艙設(shè)計建立一套全新的數(shù)字化工作流程。”
阿提哈德正在利用BigRep的大型聚合物FDM系統(tǒng),其很快便會在位于阿布扎比的創(chuàng)新中心內(nèi)展示,針對新飛機(jī)重新構(gòu)思非飛行部件,并對安裝進(jìn)行優(yōu)化改造。阿提哈德航空公司的維修板塊是經(jīng)歐洲航空安全局授權(quán)的第一家通過認(rèn)證、并能制造和內(nèi)部使用3D打印零部件的航空公司,其在某些重大障礙方面已經(jīng)具備強(qiáng)大優(yōu)勢。
Büning補(bǔ)充道,“試想一下,你有一架服役30年的飛機(jī),而且每隔5到10年就需要進(jìn)行翻新或改型。其中涉及到的每個零件均須進(jìn)行認(rèn)證。如果你無法自己或通過經(jīng)認(rèn)證的合作伙伴實現(xiàn)此操作,那么就會構(gòu)成嚴(yán)重的問題。”
更進(jìn)一步講,BigRep已將“數(shù)字智能”嵌入到零件中,與之相結(jié)合的還有數(shù)字化定制設(shè)計方法。復(fù)合制造也在探索中,采用現(xiàn)成6軸工業(yè)機(jī)器人打印到半成品零件上(無論其幾何形狀或尺寸大小),作為“數(shù)字價值附加”。第一個成功證明概念的是用BigRep ONE全尺寸打印的空客A320側(cè)壁。掃描零件創(chuàng)建“數(shù)字孿生”,用于向機(jī)器人提供零件幾何形狀相關(guān)信息,并打印導(dǎo)電軌、天線和裝飾性特征。
Büning評論道,“作為一名創(chuàng)新總監(jiān),我始終認(rèn)為:如果實現(xiàn)了功能整合,增材制造一定會獲得飛躍。具備雙重擠壓工藝(也就是復(fù)合材料加工)和適當(dāng)?shù)牟牧希ɡ鐚?dǎo)電或電容性材料)之后,在單一工藝鏈中嵌入結(jié)構(gòu)和功能特性可極大簡化制造過程。在我看來,這是一個必然的發(fā)展方向,而這正是BigRep力推此種做法的原因。”
該項目是BigRep內(nèi)部創(chuàng)新部門NOWlab@BigRep的組成部分,該部門負(fù)責(zé)研究未來五到十年內(nèi)行業(yè)的發(fā)展方向。因此,雖然這些零件不會馬上應(yīng)用到商用飛機(jī)機(jī)艙上,但將來在功能集成及成本和時間縮減方面的應(yīng)用潛力十分可觀。
認(rèn)證就緒
在迪拜,作為阿聯(lián)酋最大航空公司的組成部分,阿聯(lián)酋航空工程公司近兩年一直在積極探索機(jī)艙部件的3D打印應(yīng)用,他們最近開始與3D Systems展開合作。近日,該公司在為空客和波音各型號飛機(jī)提供維修服務(wù)時采用選擇性激光燒結(jié)(SLS)為機(jī)艙來生產(chǎn)視頻監(jiān)視器護(hù)罩。
第一批產(chǎn)品是與UUDS合作打印的,該公司總部位于法國,是一家歐洲航空工程與認(rèn)證機(jī)構(gòu)及服務(wù)提供商;打印所用材料為3D Systems新型Duraform ProX Fr1200材料,一種阻燃尼龍-12熱塑性塑料。3D打印的監(jiān)視器護(hù)罩比采用傳統(tǒng)方法制造的部件輕9-13%,可顯著降低整個機(jī)隊的燃料排放量和成本。這些零件經(jīng)過了一系列的測試,在安裝到阿聯(lián)酋航空的飛機(jī)上之前接受了歐洲航空安全局的認(rèn)證。
阿聯(lián)酋航空已使用增材制造技術(shù)開發(fā)經(jīng)歐洲航空安全局認(rèn)證的機(jī)艙通風(fēng)格柵,這些格柵于去年年底開始安裝用于機(jī)載試驗。兩種部件目前均在進(jìn)行評估,之后將推廣至阿聯(lián)酋航空的所有飛機(jī)。
作為全球第二大航空航天制造商,空客公司對增材制造技術(shù)并不陌生,他們已經(jīng)利用聚合物技術(shù)生產(chǎn)了數(shù)千種零件,包括塑料支架、夾子和夾持裝置等??湛妥罱cMaterialise合作,利用增材制造技術(shù)生產(chǎn)一種隔板,其位于商用飛機(jī)上方儲物箱旁,并將成為芬蘭航空公司空客A320系列噴氣式客機(jī)使用的第一批機(jī)艙3D打印部件。對于乘客而言,該部件從外觀上看沒有任何不同,但實際上,其仿生設(shè)計使得產(chǎn)品重量比原先減少了15%。
Materialise制造項目經(jīng)理Edouard de Mahieu告訴TCT,“傳統(tǒng)制造讓維修經(jīng)理按規(guī)模思考制造問題,以確保成本效益。增材制造改變了游戲規(guī)則,因為它甚至可以實現(xiàn)單個零件具有成本效益的生產(chǎn)。即便是高度定制的零件,增材制造也能實現(xiàn)按需生產(chǎn)。最終,當(dāng)備件生產(chǎn)不再受制于規(guī)模效益時,增材制造就體現(xiàn)了它強(qiáng)大的優(yōu)勢。”
上述隔板采用Materialise經(jīng)認(rèn)證的增材制造工藝生產(chǎn),然后根據(jù)空客客艙要求進(jìn)行涂裝,全部采用經(jīng)空客公司認(rèn)可的阻燃材料。這家比利時公司經(jīng)認(rèn)證的增材制造設(shè)施已通過多項關(guān)鍵認(rèn)證,包括ISO 9001制造認(rèn)證以及EASA 21.G航空航天工業(yè)認(rèn)證,公司已開始為空客A350 XWB生產(chǎn)可用于飛行的零部件。Materialise將該過程描述為“不僅僅是3D打印”,而是“整個質(zhì)量體系”。
Mahieu繼續(xù)說道,“增材制造質(zhì)量在價值鏈每個階段都可能受到影響。因此,我們針對制造過程的每個步驟(從數(shù)據(jù)采集到建造準(zhǔn)備,從生產(chǎn)到后處理,以及最終質(zhì)量控制環(huán)節(jié))都定義了質(zhì)量監(jiān)管過程。為確定并優(yōu)化這些過程,我們與客戶密切合作,了解其質(zhì)量要求,并將其無縫融合到我們的基礎(chǔ)架構(gòu)和工作流程中。”
節(jié)省時間
新航工程公司(SIAEC)最近與Stratasys成立了一家合資公司,為商業(yè)航空公司的零件制造創(chuàng)建增材制造服務(wù)中心。這家新加坡公司為全球80多家航空公司提供MRO服務(wù)。結(jié)合新航工程公司的MRO專業(yè)知識和Stratasys在增材制造領(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù),此次合作旨在發(fā)掘3D打印在航空業(yè)內(nèi)的各種可能(無論是先進(jìn)工具還是終端機(jī)艙零件)。
Stratasys二把手、與新航工程公司合資公司的副總經(jīng)理Daniel Thomsen告訴TCT,“我們會開展一些原型制作的工作,但同時會更加關(guān)注先進(jìn)的工裝和零件生產(chǎn)機(jī)遇,這些機(jī)遇并不十分明顯,可能需要客戶(例如維修部門)花很長時間來發(fā)現(xiàn)。我們正在努力與客戶密切合作,幫助他們識別這些可能會出現(xiàn)的機(jī)遇。”
他們首先會了解一下機(jī)艙內(nèi)部部件以及非關(guān)鍵、無負(fù)載的單個零件, Thomsen認(rèn)為這不僅是促使工程師多樣化認(rèn)識增材制造的良好起點(diǎn),也是供監(jiān)管機(jī)構(gòu)了解并熟悉增材制造技術(shù)應(yīng)用的好機(jī)會。
Thomsen解釋說,“為實現(xiàn)增材制造的成功部署,MRO需關(guān)注其服務(wù)中的‘痛點(diǎn)’。例如不必要的重復(fù)成本和極其耗時的車間活動。這兩方面看起來是兩個不錯的起點(diǎn)。增材制造是一種選擇,在它背后需要強(qiáng)大的知識支撐,其在許多情況下可提供最經(jīng)濟(jì)且最富成效的解決方案。”
飛機(jī)不飛就意味著很大的固定資產(chǎn)減值,因此,縮短更換部件交付周期對于航空公司而言至關(guān)重要。將增材制造技術(shù)應(yīng)用到備件工作流程之后,MRO可大幅降低庫存量,并根據(jù)需要生產(chǎn)更少的部件。與航空航天工業(yè)中一些更加精細(xì)的增材制造概念不同,這并不意味著改變飛機(jī)的整體外觀。事實上,Thomsen說,他認(rèn)為“你不會看到它們在天上飛”。從外觀上講,增材制造機(jī)艙部件看起來沒有什么不同,符合每家航空公司的外觀要求,而真正得到強(qiáng)化的是看不見的內(nèi)部特征,材料的使用量和重量都能降低(例如網(wǎng)格結(jié)構(gòu))。
Thomsen補(bǔ)充道,“增材制造可生產(chǎn)更加復(fù)雜的幾何形狀,但由于其位于零件內(nèi)部,因此無法直接觀察到復(fù)雜性;然而,零件的強(qiáng)度、重量和可靠性都會優(yōu)于目前飛機(jī)上安裝的零部件。這不是簡單復(fù)制現(xiàn)有零件,而是設(shè)計更優(yōu)的零件解決方案。”
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