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。”