利勃海爾引入 EOS 增材制造技術(shù)，用于民用航空器的液壓控制閥制造

來源：EOS

現(xiàn)在很多航空航天公司都認識到增材制造技術(shù)的獨特優(yōu)勢，轉(zhuǎn)向增材制造（AM），以最大程度地減少復雜零件的生產(chǎn)，并創(chuàng)造出重量更輕的替代產(chǎn)品�？傮w而言，該行業(yè)的公司一直在尋找減輕飛機和其他飛行器重量的方法，以優(yōu)化旅行條件并減少油耗。

突破極限
利勃海爾，全球領(lǐng)先航空工業(yè)供應商，在行業(yè)供應系統(tǒng)已超過五十年。開發(fā)、生產(chǎn)和維修的設(shè)備包括飛行控制和制動系統(tǒng)、起落架、空氣管理系統(tǒng)、齒輪和變速箱。
大約六年前，利勃海爾啟動了增材制造計劃，其目標是引入新技術(shù)，給客戶提高更優(yōu)質(zhì)、更經(jīng)濟的產(chǎn)品，在行業(yè)內(nèi)保持競爭力。特別是在基于粉末床的工業(yè) 3D 打印方面，最終利勃海爾選擇了 EOS 金屬 3D 打印技術(shù)。

為了突破 3D 技術(shù)可實現(xiàn)的極限，利勃海爾視圖用滿足所有飛行認證要求的 AM 零件代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造的主飛行控制液壓零件。由德國聯(lián)邦經(jīng)濟和能源部的部分資助，利勃海爾與空中客車公司和德國開姆尼茨工業(yè)大學合作進行了該項目。

飛行控制液壓組件（即液壓控制閥）的傳統(tǒng)制造過程是鍛造開始，然后進行機加工、修整、鉆孔和組裝。該過程既耗時又復雜，幾乎沒有優(yōu)化空間。經(jīng)過驗證，這一復雜的工藝可以通過 3D 打印技術(shù)進行優(yōu)化改進。

該解決方案轉(zhuǎn)向 EOS 設(shè)備，以更少的零件和高效的工藝鏈來制造重量輕的 3D 打印組件，尤其是高壓液壓閥塊。首先，通過分析原有的液壓閥塊，確定了水工結(jié)構(gòu)，并移除了輔助部分。重新考慮了主要部件的位置，以便在新零件的設(shè)計中進行全面優(yōu)化。
選擇 EOS M 290 系統(tǒng)用于制造液壓組件。EOS M 290 的構(gòu)建體積為 250x250x325 毫米，可直接使用 CAD 數(shù)據(jù)快速、靈活且經(jīng)濟高效地生產(chǎn)金屬零件。直觀的用戶界面，結(jié)合了開放式和標準化參數(shù)集的智能軟件概念以及改進的過濾器系統(tǒng)專為工業(yè)生產(chǎn)而設(shè)計。強大的系統(tǒng)設(shè)計和 400 瓦光纖激光器可實現(xiàn)產(chǎn)品可靠的高性能。

“對于工業(yè) 3D 打印，復雜性不再是問題。在 EOS 系統(tǒng)上，組件是由大量薄層構(gòu)成的，每個薄層的厚度為 30 至 60 μm，這使我們能夠構(gòu)建復雜的幾何形狀。功能元件通過彎管直接彼此連接。這就避免了需要具有大量橫向孔的復雜管道系統(tǒng)，從而節(jié)省了生產(chǎn)時間�！崩�勃海爾AM研究與技術(shù)首席工程師 Alexander Altmann 解釋說。

之所以選擇鈦合金作為打印材料，是因為它質(zhì)量輕、力學性能穩(wěn)定并且具有良好的耐腐蝕性。適合用于航空零件制造的所有條件。與傳統(tǒng)制造的零件相比，金屬 3D 打印的主飛行控制液壓零件重量減輕了 35％，并且省去了 10 個零件。Alexander Altmann 補充說：“這可能也是 AM 的標語 — 使用更少更輕的零件制造質(zhì)量相同或更優(yōu)的產(chǎn)品，恰巧這對我們利勃海爾來說是重要的一步。”

此外，金屬 3D 打印的主飛行控制液壓還滿足了飛行的所有認證要求。3D 打印的閥塊已成功通過空客 A380 的飛行測試。

傳統(tǒng)方法制造的閥體（左）和經(jīng)過優(yōu)化的金屬 3D 打印閥體（右）。（來源：Liebherr）

生產(chǎn)規(guī)模投資
在完成這個特定項目之后，證明使用 EOS 技術(shù)的增材制造對于制造關(guān)鍵的主要飛行組件是可行的，利勃海爾對 3D 打印進行了全面投資。例如，現(xiàn)在需要花費一天的時間來制造液壓閥塊，但他們發(fā)現(xiàn)，如果使用 EOS M 400-4，則可以將制造時間減少 75％ 以上。

EOS M 400-4 專為工業(yè)應用而設(shè)計，可提供 400x400x400 毫米的構(gòu)建體積，并結(jié)合了四個激光器，可將生產(chǎn)率提高四倍。它滿足了現(xiàn)代生產(chǎn)環(huán)境在效率、可伸縮性、可用性和過程監(jiān)控方面最苛刻的要求，打破了制造的界限。模塊化平臺設(shè)計可輕松集成到現(xiàn)有生產(chǎn)環(huán)境中，并與未來創(chuàng)新靈活整合。姊妹系統(tǒng) EOS M 400 僅使用單個 1000W 激光器運行，而 EOS M 400-4 則是 EOS M 290 生產(chǎn)能力的四倍，兩者均確保了可靠的直接金屬激光器燒結(jié)質(zhì)量。所有 EOS M 290 流程都可以轉(zhuǎn)移到 EOS M 400-4，同時保留相同的零件性能。

利勃海爾繼續(xù)與 EOS 合作，參與了 EOS 質(zhì)量管理模塊的前期測試，該模塊為EOSTATE Exposure OT，是 EOS 監(jiān)控套件的新模塊——光學斷層掃描，可實現(xiàn)無縫和實時的組件檢測，該模塊現(xiàn)已發(fā)布�！� Alexander Altmann 評價說：“這項技術(shù)將在未來加速工業(yè)增材制造過程中對材料、產(chǎn)品缺陷的識別，并減少對后續(xù)質(zhì)量驗證過程（如計算機斷層掃描）的依賴。