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​盤點航空航天領域應用3D打印技術(shù)進行生產(chǎn)、修復的情況

國防航天能源
2020
01/08
14:01
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來源:航空制造網(wǎng)

背景:3D打印技術(shù)作為智能制造“工業(yè)4.0”的核心技術(shù)之一廣受全球制造業(yè)的追捧。航空航天領域,也因為對復雜精密構(gòu)件快速制造的需求,對昂貴材料降本增效的需求,對重型材料輕量化的要求,以及對材料強度的需求等等,已經(jīng)向3D打印技術(shù)伸出橄欖枝。

3D打印技術(shù)在航空航天領域應用的優(yōu)勢
第一,快速原型驗證,快速迭代,用傳統(tǒng)工藝制造渦輪葉片,期間需要開模具,從設計到制造大約需要半年時間;而用增材技術(shù)可以快速在一個月之內(nèi)實現(xiàn)迭代:在2017年GE航空決定將這一技術(shù)投入到GE9X發(fā)動機的低壓渦輪葉片,該發(fā)動機將被運用于波音777系的后續(xù)機型。

第二,提升設計自由度,過去設計非常復雜的構(gòu)件很難制造或者成本非常高,甚至根本無法制造。利用增材制造工藝,可以用相對簡單的方式生產(chǎn)高度復雜的二維或三維金屬部件,這是整體形成由實心和網(wǎng)格部分組成的結(jié)構(gòu)部件的可行方式。

第三,降低成本,它不需要模具,可以快速地行進一些制造,此外就是修復,對于民用航空來說維修是很大的問題。要降低成本,用增材的方法可以降低成本五分之一,比如整體葉盤、葉片等等。


世界兩大飛機制造商早已率先步入3D打印領域
相關報告顯示,2018年3D打印產(chǎn)品在航空航天領域的應用占比約19%,以1%的差別略低于榜首的工業(yè)機械。諸如空客和波音兩大飛機制造商早已率先步入3D打印時代,將3D打印技術(shù)應用于飛機零部件制造中。

空客在2016年已經(jīng)運用直接金屬激光燒結(jié)(DMLS)技能制作出了一個名為Scalmalloy的超強度仿生學合金阻隔構(gòu)造,這個無窮的綜合性金屬3D點設備在可重復性、出產(chǎn)率和靈活性方面是其它同類體系的10倍。

3D打印的Scalmalloy機艙阻隔構(gòu)造
在2003年,波音就通過美國空軍研究實驗室來驗證一個3D打印的金屬零件,這個零件是用于F-15戰(zhàn)斗機上的備品備件。通過3D打印加工鈦合金,替代了原先的鋁鍛件,而鈦合金的抗腐蝕疲勞更高,反而更加滿足這個零部件所需要達到的性能。

知名OEM公司的應用歷程及趨勢
美國GE公司的燃油噴嘴從1996年開始做研究,用了16年時間通過適航論證,涉及到諸多實驗內(nèi)容,比如原型驗證、扇形全環(huán)一直到飛行試驗,期間經(jīng)歷了相當漫長的周期。從GE公司來看,其明確的趨勢就是向整機應用的發(fā)展。如新渦槳發(fā)動機,855個零件簡化到12個零件,用30%零件用增材的方法,提高了功率,降低油耗,減少重量。

P&W公司(Pratt & Whitney Group)作為美國最大的兩家航空發(fā)動機制造公司之一,利用EBM技術(shù)完成了核心同步環(huán)支架,過去利用3D打印技術(shù)制造的大多是靜止件,2018年他們用了整體葉盤,這是發(fā)動機上非常重要的轉(zhuǎn)子件,取得了不錯的成效,開啟了我們增材制造在轉(zhuǎn)動件上的應用。


未來的挑戰(zhàn)以及今后的趨勢
“增材制造技術(shù)在航空領域的應用最大的問題就是適航認證,全部環(huán)節(jié)都要有標準,性能數(shù)據(jù)必須要可靠”--中國航發(fā)商發(fā)雷力明在2019TCT亞洲峰會上提到。

在2020年TCT亞洲峰會的舞臺上主辦方將邀請到中國科學院空間應用工程與技術(shù)中心的副研究員趙偉,中國航空制造技術(shù)研究院高級工程師陳新松,以及德國空客首席產(chǎn)品開發(fā)官Jonathan Meyer等重量級嘉賓參與2020 TCT亞洲峰會—航空航天論壇的分享與探討,屆時將與到場聽眾一起暢談增材制造技術(shù)在航空航天領域未來的挑戰(zhàn)與趨勢。


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