干货:3D打印航空航天与国防应用分享

作为3D打印技术最早应用的航空航天与国防 (Ad)行业 ,其应用历史可以追溯到1989年。经过三十年的发展，增材制造AM应用市场的逐步增长，主要推动者包括GE，空客，波音，赛峰和GKN等，他们已经确定了3D打印在A&D领域带来的价值:

功能原型 工装 轻量化设计

我们可以看到，航空航天的3D打印不仅限于原型，真正的功能部件也正在用于实际应用场景，如空气管道(SLS)、墙板(FDM)以及结构金属部件(DMLS，EBM，DED)。

3D打印在航空航天和国防领域的优势

小批量生产

对于航空航天和国防行业来说，大批量生产的零件数量很少，而3D打印成为其理想的选择之一，该技术可以创建复杂的几何形状，而无需投资昂贵的工具设备。这为航空航天OEM和供应商提供了一种经济有效生产小批量零件的工艺。

轻量化设计

除了空气动力学和发动机性能外，在飞机设计方面，重量是最重要的考虑因素之一。减轻飞机的重量可以减少其二氧化碳排放，燃料消耗和有效载荷。

这就是3D打印的用武之地:该技术是制造轻质部件的理想解决方案，可节省大量燃料。当与生成设计软件等设计优化工具结合使用时，增加零件复杂性的可能性几乎是无限的。

节约材料

由于3D打印过程通过逐层生产零件来工作，因此材料大部分仅在需要时使用。因此，它比传统的减法方法产生更少的浪费。

可用于航空航天和国防应用的3D可打印材料的选择范围从工程级热塑性塑料(例如ULTEM 9085，ULTEM 1010，PAEK，增强尼龙)到金属粉末(高性能合金，钛，铝，不锈钢)。

部分合并

3D打印的主要优势之一是部件合并:将多个部件集成到单个部件中的能力。通过减少组装所需的时间，减少所需零件数量可以显着简化装配和维护过程。

维护和修理

飞机的平均寿命可以在20到30年之间，期间的维护、修理和大修(MRO)成为行业中的重要事项。诸如直接能量沉积之类的金属3D打印技术通常用于修复航空航天和军事设备，涡轮叶片和其他高端设备也可以通过在磨损表面添加材料来修复和修复。

案例:GE--飞机发动机部件

2015年，GE宣布已经使用增材制造生产燃料喷嘴，用于最畅销的LEAP喷气发动机。该开发将继续成为航空航天工业中使用的3D打印最杰出的案例之一。这个案例的持久性 - 通用电气在2018年10月达到了30,000个3D打印燃料喷嘴的里程碑 - 它在于如何通过将零件复杂性与成本效率相结合来说明3D打印的强度。

GE的工程师最初负责生产节能发动机的挑战--发动机燃油喷嘴的复杂内部。增材制造使工程师能够将20个独立零件合并为一个，将喷嘴重量减少25%，并降低生产成本。

Harris Corp.和Nano Dimension成功合作生产3D打印RF电路[图片来源:Harris Corp.]

穆格飞机--工装

航空航天公司也可以通过使用该技术按需生产定制工具设备(如夹具和固定装置)。法国航空航天制造商Latécoère使用3D打印缩短了定制工具的交付周期。此前，该公司使用CNC铣削制造这些刀具，交货时间长达六周。现在，借助FDM 3D打印机，Latécoère可以在短短几天内创建生产工具 - 交付周期缩短95%。

该公司声称这种新的模具生产方法也将成本降低了40%。值得注意的是，这些工具符合人体工程学的定制，使操作员的工作更轻松，从而使生产时间更快，更有效。

同样，穆格飞机集团正在使用FDM 3D打印来生产内部坐标测量机(CMM)等工具。在过去，该公司外包这个夹具，过程需要4到6周。现在穆格在内部使用3D打印，在大约20个小时内制作CMM灯具;以前花费超过2000英镑的固定装置现在只需几百磅。

Satair--备件

航空航天公司严重依赖备件和更换零件，因此对此应用的交付时间越来越短。为满足这一需求，航空航天业的供应商必须找到更快地提供制造服务的方法。增材制造使备件可以在需要时快速生产，同时又减少了大量库存的需求，有助于降低库存成本并确保零件在本地化生产。

Satair是一家空客子公司，专门从事备件分销，提供附加制造的塑料和金属零件。备件供应商使用3D打印生产定制零件和工具，该技术有助于大大缩短交货时间并简化复杂的供应链物流。通过这种战略方法，公司能够通过快速生产维护操作备件来改善周转时间。

总结

为什么航空航天和国防工业占AM市场的很大比例?原因很简单:增材制造提供了巨大的价值，从提高飞机性能到提供更灵活的备件生产方法。然而，要实现生产，需要增材制造来克服某些挑战，其中包括3D打印部件的认证，更好的工艺可重复性和安全性。

尽管如此，由于在开发和认证3D打印流程和材料方面投入了大量资金，因此航空航天和国防工业3D打印的未来肯定是光明的。

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