從波音公司應用案例看3D打印發(fā)展趨勢

來源：結(jié)構(gòu)優(yōu)化論壇

波音公司是世界上最大的民用與軍用飛機制造商，是全球航空航天業(yè)的翹楚。波音公司下設兩個業(yè)務部門：波音民用飛機集團和波音綜合防御系統(tǒng)集團，設計并制造旋翼飛機、民用和軍用飛機、電子和防御系統(tǒng)、導彈、衛(wèi)星、發(fā)射裝置、以及先進的信息和通訊系統(tǒng)。波音公司是美國國家航空航天局的主要服務提供商，運營著航天飛機和國際空間站。

波音現(xiàn)有的主要民機產(chǎn)品包括707、717、737、747、767、777、787系列飛機和波音公務機。作為制造業(yè)的巨頭，波音公司對3D打印的青睞毋庸置疑。波音公司從1997年起就開始使用3D打印技術了，在10個不同的飛機制造平臺上已經(jīng)3D打印了超過50000個金屬零部件，在最新的波音787“夢幻飛機”上有30個打印的零件。

金屬結(jié)構(gòu)件
鈦是昂貴的材料，3D打印技術能夠?qū)崿F(xiàn)鈦合金結(jié)構(gòu)件的近凈成形制造，更為有效的控制鈦合金零部件制造成本。
波音787飛機部分鈦合金結(jié)構(gòu)件由Norsk Titanium公司快速等離子沉積技術3D打印制造，替代鍛造等傳統(tǒng)制造工藝。

NorskTitanium公司表示，通過快速等離子沉積技術3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件，將最終為每架787飛機節(jié)省200萬美元-300萬美元的成本。
該3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件進行了一系列嚴格的測試，最終在2017年2月獲得了首個FAA材料和生產(chǎn)工藝認證。標志著波音公司3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件已經(jīng)進入批量生產(chǎn)階段。

工裝夾具
波音公司和美國橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）2016年利用3D打印技術制作了一個工具：“trim-and-drill”，用于制造下一代波音 777X 客機的機翼。

這個工具創(chuàng)造了一個3D打印最大物件的世界紀錄：長達5.3米，重約759公斤。3D打印的“trim-and-drill”由碳纖維和ABS樹脂構(gòu)成，制造時間為30個小時。

傳統(tǒng)的“trim-and-drill”工具一般為金屬制造，由第三方供應商提供，需耗時3個多月。在功能不變的前提下，3D打印的“trim-and-drill”節(jié)省了大量成本、人力和物力。未來波音公司將會在更多關鍵領域中應用 3D 打印技術。

間接3D打印
波音公司HRL實驗室利用3D打印技術研發(fā)了一種世界上最輕的金屬。
該金屬結(jié)構(gòu)的99.99%都是空氣，固體結(jié)構(gòu)只占0.01%，密度僅為0.9 g/L�？招墓鼙诤穸葍H100納米，比頭發(fā)細1000倍。

其制造方法為：通過UV光固化聚合物3D打印模板，然后使用化學電鍍的方法為模板鍍上一層超薄的鎳，再除掉聚合物模板材料，只留下空心的金屬結(jié)構(gòu)。
該結(jié)構(gòu)是一種由相互連接的空心管金屬點陣結(jié)構(gòu)，特點是重量輕、高強度比和高特定剛性，并且?guī)�來各種熱力學特征。

該材料的獨特的結(jié)構(gòu)使得它可以從壓縮超過50%的比例中恢復過來，并且具有非常高的能量吸收能力。適合用在抗沖擊/爆炸系統(tǒng)、或者充當散熱介質(zhì)、微波吸收結(jié)構(gòu)和驅(qū)動系統(tǒng)中。

波音公司將使用這種超輕的3D打印材料用于飛機墻面和地板等非機械部件。這將使得飛機重量大大減輕，提高飛機的燃油效率。波音聲稱該結(jié)構(gòu)可用于安全地吸收雞蛋從25層樓上落下來的沖擊力。

從波音公司的應用案例可以看到，3D打印的其中一個發(fā)展趨勢是高效率、低成本的制造技術。

比如Norsk Titanium公司快速等離子沉積技術，是一種絲材3D打印技術，生產(chǎn)效率比SLM制造系統(tǒng)快50-100倍。與現(xiàn)有的鍛造和機械加工相比，所需的鈦原料減少25％-75％。

從波音公司的應用案例還可以看到另一個發(fā)展趨勢是：3D打印用于制造生產(chǎn)工具或者間接利用3D打印技術。

3D打印不僅可以直接生產(chǎn)飛機結(jié)構(gòu)件，也可以作為一種制造生產(chǎn)工具，解決飛機制造過程的難點痛點。這不失為一種擴大3D打印應用范圍的好思路。