在未來(lái)，你乘坐的航班可能將使用3D打印的引擎部件

增材制造正在許多行業(yè)獲得使用，航空航天更是如此。在之前文章中已多次談到3D打印火箭發(fā)動(dòng)機(jī)以及西門(mén)子的渦輪葉片，越來(lái)越多的應(yīng)用看起來(lái)似是如火如荼，讓很多人只有羨慕的份兒。航空工業(yè)是如此青睞3D打印，僅僅是因?yàn)樗�能�?jié)省成本、能進(jìn)行復(fù)雜制造？波音、空客這些航空航天巨頭下一步又要走向何方？接下來(lái)，以空客為例，談一下航空應(yīng)用，以及背后的認(rèn)證問(wèn)題。

空客選擇3D打印的原因
空客一直都在投資增材制造技術(shù)，該公司基于新的設(shè)計(jì)自由度，獲得了業(yè)界前所未有的創(chuàng)新生產(chǎn)解決方案。這里，我們?cè)傧到y(tǒng)梳理一下3D打印制造方式的優(yōu)勢(shì)：
零部件堅(jiān)固耐用，性能優(yōu)于鑄件、接近鍛件，甚至在一些情況下優(yōu)于傳統(tǒng)鍛件；
節(jié)省材料，降低生產(chǎn)成本；
快速制造，加工周期短；
一體化制造，減少零件數(shù)量，降低組裝成本；
復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造，可制造傳統(tǒng)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜制件；
分布式生產(chǎn)，無(wú)需集中的、固定的制造車(chē)間。

在航空領(lǐng)域，最重要的是實(shí)現(xiàn)器件輕量化，飛機(jī)越輕，所需燃料越少，載客越多，可以再次降低成本使公司受益。3D打印在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，制造的部件具有優(yōu)異的重量與強(qiáng)度比，這足夠引起航空公司的興趣。增材制造為航空業(yè)盈利實(shí)現(xiàn)了良性循環(huán)。


空客3D打印應(yīng)用
除此之外，當(dāng)某些部件（如座椅）需要升級(jí)改造，原有的分包商無(wú)法生產(chǎn)時(shí)，空客轉(zhuǎn)向增材制造解決問(wèn)題。事實(shí)也證明，增材制造是最有效的解決方案。他們能夠重新設(shè)計(jì)零件并快速3D打印，而無(wú)需通過(guò)分包商制造與運(yùn)輸，無(wú)需等待訂購(gòu)周期，這在國(guó)內(nèi)航空公司也實(shí)現(xiàn)了較好的應(yīng)用。

空客下一步如何做？
未來(lái)，空客會(huì)繼續(xù)增加增材制造技術(shù)的投資用于批量生產(chǎn)。自2019年1月起，空客新型客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)PDOS引擎支架將首次采用3D打印制造�？湛凸�司與GE Additive和GE Aviation緊密合作，由后者生產(chǎn)的該3D打印發(fā)動(dòng)機(jī)部件已獲得美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）的批準(zhǔn)。

GE 3D打印的鈷鉻合金引擎支架

PDOS支架也叫作電動(dòng)門(mén)開(kāi)啟系統(tǒng)支架，在引擎架構(gòu)中起著非常重要的作用。具體的說(shuō)，是當(dāng)飛機(jī)在地面檢修發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，該支架可以打開(kāi)和關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇罩門(mén)。之所以放棄傳統(tǒng)加工方式進(jìn)而使用3D打印，是因?yàn)楹笳吣軌驕p少90%的材料浪費(fèi)并能減輕10%的重量，不僅設(shè)計(jì)、加工周期短，還降低了總體制造成本。雖然這個(gè)支架仍是在地面使用，但這對(duì)于民用航空來(lái)說(shuō)，仍然是一大進(jìn)步，因?yàn)閺恼J(rèn)證角度來(lái)說(shuō)，民航相比軍用的審查更為嚴(yán)格。

復(fù)雜的航空認(rèn)證
看起來(lái)似乎就是一個(gè)簡(jiǎn)單的零件，一項(xiàng)簡(jiǎn)單的3D打印應(yīng)用，但通過(guò)認(rèn)證背后包含的內(nèi)容頗多。下面，我們展示德國(guó)在增材制造領(lǐng)域資格認(rèn)證的一些內(nèi)容，幫助最終用戶在生產(chǎn)中成功應(yīng)用增材制造技術(shù)。

1. 設(shè)備認(rèn)證
用于打印的設(shè)備需要進(jìn)行一系列的檢驗(yàn)和測(cè)試，以客觀驗(yàn)證是否滿足最終產(chǎn)品質(zhì)量的所有必要要求，其中還涉及機(jī)器的安裝、運(yùn)行以及維護(hù)程序。除一般質(zhì)量管理所需的標(biāo)準(zhǔn)操作程序和工作說(shuō)明外，機(jī)器認(rèn)證在每個(gè)關(guān)鍵工序上需要詳細(xì)的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)和標(biāo)準(zhǔn)表格。此外，還必須建立生產(chǎn)、維護(hù)和質(zhì)量保證的協(xié)議。

PDOS引擎支架由Concept Laser M2打印

2.  材料認(rèn)證
材料認(rèn)證直接涉及航空安全性，沒(méi)有經(jīng)過(guò)認(rèn)證的材料也不會(huì)被航空部門(mén)接納。這些認(rèn)證包括用于航空航天裝備零部件增材制造的原材料制備工藝要求、規(guī)格、成分組成以及性能要求等。標(biāo)準(zhǔn)可以支持航空航天裝備關(guān)鍵部件的認(rèn)證，并保證供應(yīng)鏈內(nèi)材料性質(zhì)數(shù)據(jù)的完整性與可追溯性。

3. 質(zhì)量與安全認(rèn)證
為了保證零件質(zhì)量，并監(jiān)測(cè)材料、零件和工藝性能的偏差，必須建立持續(xù)、全面的質(zhì)量保證。質(zhì)量保證步驟必須包括在過(guò)程驗(yàn)證中，并且它們的措施必須能夠檢測(cè)和評(píng)估零件性能。這些質(zhì)量保證措施包括流程檢驗(yàn)、粉末組成分析、精度測(cè)量、拉伸性能測(cè)試和無(wú)損檢測(cè)等。

4. 人員認(rèn)證
只有合格的人員才能在工業(yè)“連續(xù)”生產(chǎn)中成功實(shí)施和鑒定高度復(fù)雜的增材制造工藝。由于航空業(yè)是要求苛刻和高風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)用的行業(yè)，增材制造人員資格的重要性將在不久的將來(lái)持續(xù)增長(zhǎng)。德國(guó)因此出臺(tái)了增材制造從業(yè)人員國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN 35225，這其中就包括了激光粉末床熔融系統(tǒng)操作人員的身體和技能要求，如視力、動(dòng)作協(xié)調(diào)性，以及理論和實(shí)際操作標(biāo)準(zhǔn)。德國(guó)人的標(biāo)準(zhǔn)，只怕具有很高的嚴(yán)肅性，操作人員通過(guò)嚴(yán)格認(rèn)證的周期會(huì)很長(zhǎng)。

上述提到的只是所有認(rèn)證相關(guān)的一部分內(nèi)容，倘若材料、設(shè)備工藝甚至環(huán)境發(fā)生改變，相關(guān)的認(rèn)證還得從頭來(lái)過(guò)，而且經(jīng)常要回頭看，這可以稱(chēng)得上牽連甚廣，具體內(nèi)容不做展開(kāi)。如今關(guān)于認(rèn)證的話題提的越來(lái)越多，門(mén)檻也越來(lái)越高，對(duì)于安全，是慎之又慎。

增材制造在航空領(lǐng)域大規(guī)模使用將是大勢(shì)所趨，只是時(shí)間問(wèn)題，相關(guān)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)越來(lái)越成熟。成功實(shí)施合格的增材制造生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)并創(chuàng)建可行的應(yīng)用案例，必須在整個(gè)公司內(nèi)傳播專(zhuān)業(yè)知識(shí)，這涉及研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)采購(gòu)以及一般管理部門(mén)，這些都將為通過(guò)認(rèn)證并成功應(yīng)用創(chuàng)造機(jī)會(huì)。這也突出表明，一般性的增材制造服務(wù)公司，越來(lái)越難以進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，看明白就好。

來(lái)源：3D打印技術(shù)參考