百家争鸣！AM技术在航空航天领域的应用大爆发

导读：随着增材制造技术所提供的灵活性、轻量化和低成本效益被不断地认可，该技术在整个航空航天领域的应用也在逐渐扩展开来。现实当中，越来越多的制造场景在某些情况下会需要用到3D打印技术。这是一种采用金属粉末或复合材料逐层构建来制造物体的技术，在较小的零件生产上与铸件相比更具竞争力。随着技术的成熟，包括材料和设备的成熟，制造商也将越来越多地将其应用于制造大型部件和结构中。

通用电气（GE）航空的增材制造负责人EricGatlin接受采访时曾表示："我们对增材技术的信心以及技术本身的水准都在提高，我们公司现在的发展轨迹是，只要能使产品在重量和设计方面有所区别，就会使用增材技术。"

对GE航空公司来说，他们在增材制造部件方面已经很有经验了，例如它与法国航空发动机公司赛峰集团的合资企业——CFM International合作制造出Leap涡轮风扇的燃料喷嘴。同样，在每台GE9X发动机上，增材制造现在提供不少于292个零件。Gatlin说相比于过去的传统生产模式，新的AM模式带来了产能上的更大提升。此外，GE公司新的Catalyst通用航空和公务机发动机也将采用3D打印技术进行批量生产。

通用电气航空团队与GE集团在2016年10月成立了通用电气增材制造部门，并展开了紧密合作。GE增材制造公司工程和技术总经理Chris Schuppe说："这种方法正在继续降低成本，提高设计和制造过程的稳健性，AM越来越成为GE航空工程师常提及词汇的一部分，我们发现如今不再需要争取做增材制造，因为它已然成为流程中公认的一部分。"

在某种程度上，增材制造设计部件的更大灵活性似乎已经赢得了工程师的青睐。据Schuppe说，这些工艺为他们打开了一个非常大的窗口，使设计者能够有更多的创造力，不再因铸件结构限制而感到困惑。

随着人们对改变传统模具铸造方法的信心不断增强，通用电气向其供应基地的公司提出挑战，询问自己现在可以通过增材技术制造哪些项目。Gatlin说："我们已经对自己和我们的合作伙伴提出了挑战，因为我们可以实现成本节约。由于制造成本的减少，我们有了一些额外的资金。这也给了我们时间来制定一个积极的计划，挑战自己在不到一年的时间里使更多的传统加工模式切换到增材制造模式。"

目前，通用电气公司在增材制造产品的生产上已经具备了巨大的技术优势，这当中大部分的贡献来自他们在俄亥俄州辛辛那提的开发中心。此外，通用电气在美国的阿拉巴马州奥本和在意大利都建设有工厂，这给他们带来了巨大的业务连续性，并使它们在世界各地的生产过程有了更大的共性。

△罗尔斯-罗伊斯公司使用增材制造技术来制造部件，如Pearl10X发动机的燃烧器瓦片。(图片：劳斯莱斯)

对于GE的竞争对手航空发动机公司——劳斯莱斯来说，2015年是他们向增材制造过渡的一个重要里程碑，当时它使用AM工艺为Trent XWB-97涡轮风扇制造大型钛制气膜。据称，这家总部位于英国的公司首次为空客A350宽体客机提供发动机时，其直径达1.5米的结构是在商用客机上飞行的最大承重结构。

罗尔斯-罗伊斯（Rolls-Royce）公司的制造总监尼尔-曼托（Neil Mantle）表示他们很早就知道增材制造所拥有的巨大潜力，并意识到可以利用它赋予的几何自由度来制造其他方式无法做到的东西。

Rolls-Royce集团目前在这一领域的最先进成就是Pearl 10X发动机，它为达索航空公司最新的猎鹰10X公务机开发。曼托说，它将越来越多地把这种突破性技术应用于其大型客机的动力装置。

Pearl10X采用了作为罗尔斯-罗伊斯公司Advance 2技术计划一部分而开发的低排放燃烧器。这套燃烧器由3D打印的叶片组成，机器上有四台激光器，可以同时熔化成形四组扇片。

Pearl10X的高级副总裁PhilippZeller解释说：“对于以前的发动机燃烧器，工程师们会通过铸造然后在上面钻孔来制作通气扇。"这意味着我们在扇片的几何形状方面受到很大的限制，但现在我们可以完全自由地定义我们想用它们做什么。"

三维打印的使用意味着可以在不浪费材料的情况下制造更复杂的部件。就Pearl 10X燃烧器而言，该工艺通过减少对冷却空气的使用带来了额外的环境效益。新装置包括冷却孔，可以优化冷却空气的流动，并通过改进的空气混合过程减少一氧化二氮的排放。新设计还减少了燃烧器中的温度热点数量，提高了发动机高压涡轮的性能。

在英格兰北部的罗瑟汉姆，劳斯莱斯公司已经投资了一个专门的增材制造设施。那里的团队正在努力将AM技术工业化，以便将其应用于集团更广泛的生产过程。总的来说，该公司认为其向新工艺的转换可以将设计和制造部件的时间减少75%之多。

除了Pearl 10X之外，罗尔斯-罗伊斯现在还打算将增材制造用于新型UltraFan发动机的部件，包括涡轮轴承毂。这些增材制造的部件将比TrentXWB-97上的部件还要大。

Stratasys是一家领先的3D打印机器和增材制造厂商，它也看到航空航天OEMs越来越多地接受增材制造工艺作为主流供应线的一部分。美国公司航空航天业务副总裁ScottSevcik说：“它已经从过去被视为一种实验性技术的东西转变为像空客这样的公司日常采购的一部分，现在他们的平台上都在使用这种技术，包括A350。”

Stratasys公司的打印机使用专门开发的聚合物树脂，如Ultem和Antero，它们可以大大减轻重量，以取代铝。这些材料越来越多地被用于生产飞机机舱内饰的部件。最近，该公司推出了新的大桶聚合技术，更适合于更高分辨率的3D打印，用于更小的部件。

据Sevcik说，整个航空航天供应链上的公司都在采用增材制造，主要发动机和系统制造商赛峰集团就是其中之一。此外还有英国的Senior Aerospace BWT这样的专家，他们正在用最近交付的一对StratasysFortus 450mc打印机制造空气管道系统。

AM领域的最新趋势之一是在聚合物中添加碳纤维以增加强度。在某些情况下，材料开发商正在添加阻燃剂和增材制造等元素，使其更容易制造不适合传统挤压工艺的小部件，如连接器。

在Sevcik看来，增材制造也有可能推动售后市场的成本效率。有了分布在世界各地的合格的3D打印承包商，可替换的零件可以更迅速地生产出来，并分配给飞机运营商和他们在各自地区的维修组织。

在过去的五六年里，Stratasys公司表示他们的航空航天业务已经从向低层的3D打印机器和材料销售转变为向供应链顶端的航空航天原始设备制造商销售。除此之外，越来越多的航空航天公司在理解材料的特性方面越来越聪明，现在大部分业务都是与航空航天公司一起做的，这几乎是现在行业的要求。"