空客首次安裝3D列印鈦金屬零件在批量化生產的A350 XWB系列飛機上

06-24

鈦是昂貴的材料，3D列印技術對減少鈦金屬的浪費起到重要的作用。兩大飛機製造商空客和波音都已嘗試通過金屬3D列印技術直接製造鈦合金飛機零部件，從而有效的控制鈦合金零部件的製造成本。

空客的子公司Premium Aerote已經完成了對Norsk Titanium（挪威鈦）公司的快速等離子沉積? 設備的系列測試，並將這一技術用於生產空客A350 XWB飛機上的鈦合金零件。近日，空客宣布首次安裝3D列印鈦金屬零件在批量化生產的A350 XWB系列飛機上。

根據空客，3D列印零件已經在其一些系列生產的空客飛機包括A320neo和A350 XWB測試飛機上使用，而此次的安裝標誌著3D列印零件首次進入批量化生產的飛機上。

這款3D列印的零部件是由鈦製成的支架，可以裝配到飛機吊架中，該平面的部分有效地連接機翼和發動機。雖然這款3D列印的零件尺寸不大，但它在吊架結構中起著重要的作用。

空中客車公司的A350 XWB飛機是為了容納280到266名乘客而建造的，並被卡達航空公司、新加坡航空公司和芬蘭航空等商業航空公司使用。除了現在整合3D列印元素之外，這架飛機也被稱為是第一架使其機身和機翼結構主要由碳纖維增強塑料製成的空中客車飛機。

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對於空客來說，將3D列印零件推向批量化生產應用僅僅是個開始。空客還在精密的液壓零件領域進行著努力。核心零件方面，空客的努力包括始於2007年的3D列印擾流板液壓歧管項目，當時德國開姆尼茨工業大學和利勃海爾集團在德國政府基金的支持下展開航空液壓元件增材製造項目，2010年空客加入這個項目組。最終的製造方案是通過選擇性激光熔化（SLM）3D列印技術製造擾流板液壓件，並將3D列印部分與其它液壓零件裝配在一起，3D列印的材料是Ti64鈦合金。為了將零件的應用推進到批量化生產領域，項目組正在重新思考如何將擾流板液壓件設計成一個完全集成式的增材製造零件，從而進一步簡化複雜的液壓件製造和裝配過程。

結構件方面，空客與歐特克的The Living設計工作室合作，為空客A320飛機開發了一個大尺寸的「仿生」機艙隔離結構。該結構名稱為Scalmalloy，是通過新型超強、輕質合金材料使用直接金屬激光燒結成型技術3D列印而成的。目前，空客發現現實的困難是3D列印件之間的連接，熱等靜壓後，空客需要重新測量每片組件，並找到連接的面，然後通過數控銑床的加工來實現組件之間的緊密接合。目前空客依靠手工作業來完成工序之間的銜接，空客計劃將粉末床製造用於Scalmalloy組塊的生產在兩年內推廣開來，然而這其中有不少的挑戰，如何通過完整的自動化系統將這些工序銜接起來就是挑戰之一。3D科學谷認為，空客解決這些零件進入批量化生產的障礙後，將為基於粉末床的激光熔化計划進一步打開市場應用前景。

空客在去年宣布計劃在未來飛機上應用一半的3D列印零件。當然，這還有很長的路要走（甚至幾十年），不過空客將第一個增材製造的零件應用到批量化生產領域，這是空客向其目標邁進的一小步。

目前，還有更多的3D列印項目在籌備和測試中，在空客測試飛機上運行的其他3D列印件包括金屬艙支架和排氣管等。無疑，空客在3D列印用於生產批量化零件方面邁出了堅實的一步。而空客在3D列印領域不僅有現實領域的想法又有關於未來飛機的大想法。在空客的設想中，未來飛機是仿生的、舒適的、更加環保的。在這方面，3D列印與飛機製造的結合有四大切入點：

仿生結構：仿生結構帶來材料使用率和力學性能的良好結合，這就是為什麼增材製造會走進工廠，是增材製造的價值所在。3D列印技術與傳統製造方法相比可使各部件的重量輕65%。空客的概念飛機極為複雜，需要各種全新的製造方法：從弧形機身到仿生結構，再到能讓乘客一覽藍天白雲的透明蒙皮。

輕量化：輕量化與仿生結構可以說是密切相關的。採用金屬激光熔融技術可製造出極為精細的結構，甚至是骨狀的，也就是多孔的結構。在未來的飛機設計中，部件將能夠有針對性地吸收力線，同時又符合輕量化要求，更耐久、節約資源、這將改善當前航空航天業的成本結構。

部分替代鍛造：金屬3D列印技術特點突出，無需模具的自由近凈成形，且全數字化、高柔性，列印的零件材質全緻密、沒有宏觀偏析和縮松，具有較高的性能等都帶來代替航空領域鍛造技術的可能。

4D列印：4D列印在航空航天領域，甚至可以用來調整機翼結構以適應不同的飛行情況。

此外，空客的競爭對手波音也在3D列印領域頻頻發力。2017年4月10日，3D列印設備廠商Norsk Titanium 公司獲得波音3D列印鈦合金結構件的生產訂單。3D列印的鈦合金結構件將被安裝在波音787 Dreamliner飛機中，它們將承受飛行中機身的壓力。波音通過快速等離子沉積?技術3D列印鈦合金結構件，將最終為每架Dreamliner飛機節省200萬美元-300萬美元的成本。