協(xié)作創(chuàng)新、開發(fā)材料與工藝, 空客如何循序漸進的應用3D打印技術？

空中客車是3D打印領域的全球開拓者，空客在德國不來梅建立了3D打印技術中心，推動3D打印技術的應用與發(fā)展。至今，空客已經(jīng)將3D打印技術應用于塑料備件、金屬支架、機艙仿生隔離結構等多種飛機的零部件生產(chǎn)領域，其功能集成化的飛機液壓件也進行了首次試飛。

空客新興技術與概念部門的3D打印專家Peter Sander 既是增材制造技術工業(yè)應用的先行者，又是對空客3D打印技術發(fā)展感觸很深的人。一起來看看他對空客推動3D打印技術的描述以及對中小型企業(yè)如何利用3D打印技術的建議。

內(nèi)部協(xié)同創(chuàng)新
空中客車公司在不來梅的材料和工藝開發(fā)人員已經(jīng)在3D打印領域工作超過15年，最初他們的關注點是塑料3D打印以及快速原型的應用，但在最近的5到10年時間內(nèi)，3D打印技術對空客的影響發(fā)生了很大改變，現(xiàn)在幾乎所有空客人都認識到3D打印的巨大潛力。

2010年，空客內(nèi)部成立了一個“創(chuàng)新小組”，成員來自空客內(nèi)部多個部門，是一個跨部門、跨學科的組織。其目的是開發(fā)創(chuàng)新技術，并在工作實踐中運用這些技術。創(chuàng)新小組最初的重點是3D打印和自動化設計，小組與空客內(nèi)部專家進行溝通，并尋找可能通過3D打印技術進行創(chuàng)新與制造的應用。

為此創(chuàng)新小組在歐洲空客內(nèi)部發(fā)起了一項活動，活動的目的是讓內(nèi)部專家提出與3D打印技術應用相關的建議。在2014年，小組在短短六周之內(nèi)收集到了200條建議。經(jīng)過三個月的分析與探索，有13個具有3D打印可行性的項目被篩選出來，并提交給空客集團高層。

這一活動收獲是，空客決定在歐洲建立一個3D打印平臺，以促進在工業(yè)過程中引入3D打印，2014年底以來，該平臺已在整個空客商用部門(如客機制造)中運行。

平臺的具體工作是進行打印材料和工藝的開發(fā)，創(chuàng)建新的設計，并審查適合3D打印應用的案例，該平臺在歐洲擁有40多名員工，他們負責推動3D打印在空客內(nèi)部的應用。去年，空客向平臺投資了1000萬歐元，而今年的預算與去年基本持平。

空客3D打印鈦支架，已安裝在A320neo和A350 XWB測試飛機上使用。

那么，空客的3D打印平臺取得了哪些成績呢？Peter Sander 表示，2014年以來，空客向客戶交付了第一個3D打印的塑料飛機備件，并開發(fā)了一些3D打印的零件，例如進行了首次試飛的3D打印鈦支架。這對于驗證3D打印在航空制造中的可行性是具有重要意義的。2017年，空客還與德國利勃海爾合作進行了3D打印鈦合金液壓元件的試飛，該液壓件比傳統(tǒng)液壓件重量減輕55%�？湛偷哪繕耸窃�2020年實現(xiàn)該3D打印液壓件的量產(chǎn)。

空客與利勃海爾開發(fā)的3D打印液壓件。

這也體現(xiàn)出空客的3D打印應用發(fā)展軌跡，即從最初實現(xiàn)少量可行性高的3D打印零部件的生產(chǎn)，到實現(xiàn)更多核心零部件的3D打印生產(chǎn)。

評估3D打印的適用性
對于空客3D打印平臺來說并不是所有零部件都是的潛在“目標”，其目標主要包括通過3D打印技術按需生產(chǎn)備品備件，并且對于一些復雜零部件進行創(chuàng)新與優(yōu)化，比如說通過拓撲優(yōu)化設計與3D打印使航空航天零部件變得輕量化，以及通過3D打印技術制造更多具有高度功能集成化的零件。Peter Sander 認為這將代表產(chǎn)品設計的一個階段性變化，制造高度功能集成化、輕量化零部件的能力，將使3D打印技術成為主流。

當然，目前通過3D打印技術進行零部件創(chuàng)新還受到材料的限制。Peter Sander 舉了一個例子，空客使用的鋁合金材料種類很多，并不是所有的鋁合金材料都適合3D打印，比如說空客曾開展了一個3D打印衛(wèi)星鋁制冷卻板的項目，這是極端溫度常見的區(qū)域，因此熱平衡很重要。制造這個部件的合金材料比較特殊，空客與Fraunhofer 研究所合作，評估了5種材料的3D打印適用性，包括將它們研磨成粉末并進行驗證。其中兩種材料是適合3D打印的。

對中小企業(yè)應用3D打印的建議
對于空客這樣的大型航空航天制造企業(yè)來說，不僅對于產(chǎn)品創(chuàng)新有著巨大需求，而且能夠?qū)π录夹g、新工藝的應用投入充足的人力、物力、財力支持，3D打印技術首先在空客這樣的大型企業(yè)中落地生根幾乎是順理成章的事情。但是，大量中小型制造企業(yè)并不像空客那樣能夠為3D打印技術的應用提供充足的土壤，那么中小企業(yè)是否值得在現(xiàn)階段涉及3D打印技術呢？

Peter Sander的認為是值得的，但重要的是，中小企業(yè)應該冷靜的審視哪些零件或產(chǎn)品能夠從3D打印技術中獲益，是需急需交付的少量部件？還是非常復雜的零部件？諸如此類的產(chǎn)品都是值得考慮用3D打印技術進行制造的。空客的經(jīng)驗是，從相對容易執(zhí)行的零件開始，逐漸積累3D打印的經(jīng)驗。

Peter Sander 還建議到，雖然中小企業(yè)缺乏3D打印經(jīng)驗的積累，并且不了解新制造技術的全部潛力，但是他們可以通過對外合作尋求幫助，畢竟對于單個公司而言，創(chuàng)新成本是非常高的，因此建立起一個合作關系網(wǎng)可能會為中小企業(yè)提供幫助。在實踐中，空客的打印材料研發(fā)、仿生設計等工作也從外部合作伙伴那里獲得了很多支持，空客的合作伙伴包括多家研究所、大學。

Peter Sander 建議中小企業(yè)可以與領先的合作伙伴共同將產(chǎn)品原型開發(fā)出來，在可以進行量產(chǎn)的階段再大量投入，通過這種方式開發(fā)3D打印應用，早期的投入并不是非常高，企業(yè)對于增材制造的投入可以循序漸進的進行。

來源：3D科學谷