目前航空業(yè)持續(xù)面臨兩個(gè)問(wèn)題，成本上升和長(zhǎng)期環(huán)境可持續(xù)性，增材制造技術(shù)可以解決這兩個(gè)問(wèn)題。飛機(jī)零件的3D打印已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，它不僅有助于減少排放，還提供了一種比傳統(tǒng)制造更經(jīng)濟(jì)的替代方案。波音表示，當(dāng)使用 3D 打印部件時(shí)，每架飛機(jī)可節(jié)省300萬(wàn)美元。

目前，3D打印通常僅限于原型制作和制造不太重要的部件，但隨著技術(shù)的快速發(fā)展，這種情況可能會(huì)改變。所以，3D打印會(huì)對(duì)安全關(guān)鍵部件和系統(tǒng)產(chǎn)生什么影響？在裝配線上使用3D打印如何改變整個(gè)航空業(yè)？本文為大家詳解！

3D 打印飛機(jī)零件的優(yōu)勢(shì)

在飛機(jī)上使用 3D 打印部件的優(yōu)勢(shì)不僅限于節(jié)省成本，還可以增強(qiáng)原型設(shè)計(jì)的能力、進(jìn)行更快和更精確的制造以及減小碳足跡。

使用 3D 打印部件創(chuàng)建原型可以節(jié)省數(shù)千小時(shí)的工作時(shí)間，因?yàn)樾碌脑突蚰Ｐ涂梢栽趲追昼妰?nèi)打印出來(lái)。與傳統(tǒng)制造相比，使用 3D 打印進(jìn)行更改也很容易，因?yàn)橛脩艨梢允褂酶阋说牟牧峡焖賱?chuàng)建和查看低成本原型。換句話說(shuō)，研發(fā)人員可以實(shí)時(shí)看到飛機(jī)部件，并使用比最終產(chǎn)品更輕、成本更低的材料進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)測(cè)試和分析，在進(jìn)行金屬部件的制造之前能夠進(jìn)行大量調(diào)整。

△CFM LEAP 發(fā)動(dòng)機(jī)的 3D 打印燃料噴嘴將多個(gè)部件整合為一個(gè)組件。圖片由 CFM 提供。

3D 打印還使制造速度更快、更精確，特別是在有助于制造過(guò)程的固定裝置領(lǐng)域。為了減少?gòu)囊粋€(gè)零件到另一個(gè)零件的變化和錯(cuò)誤余量，傳統(tǒng)制造制造的零件需要在加工過(guò)程中使用固定裝置（如金屬銷）固定到位。但制造數(shù)千個(gè)夾具所需的時(shí)間或購(gòu)買(mǎi)成本，對(duì)傳統(tǒng)制造商來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。相比之下，3D 打印使制造商能夠以傳統(tǒng)制造所需成本和工作量的 40%來(lái)制造數(shù)千個(gè)固定裝置。

最后，在原型制作和制造中節(jié)省所有時(shí)間和精力意味著可以用更少的能源和浪費(fèi)制造更多的零件。由于制造業(yè)和生產(chǎn)占世界總碳排放量的五分之一以上，因此應(yīng)該優(yōu)先考慮更可持續(xù)的制造業(yè)。3D 打印可以減少高達(dá) 90% 的材料消耗，這使得碳足跡大大減少。

航空領(lǐng)域的3D打印安全嗎？

雖然3D打印有很多優(yōu)勢(shì)，但由于流程的工作方式，3D 打印仍存在一些安全問(wèn)題。3D 打印依靠分層輕質(zhì)材料來(lái)形成零件，而不是從厚重、堅(jiān)固的材料塊上切割零件。分層過(guò)程通常會(huì)導(dǎo)致最終產(chǎn)品更脆弱、多孔或易碎（力學(xué)性能不好）。由于零件的特性往往要求嚴(yán)格，美國(guó)聯(lián)邦航空局最初對(duì) 3D 打印部件的認(rèn)證速度較慢，這些部件比傳統(tǒng)制造的部件更容易損壞或受損?，F(xiàn)在，隨著新技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了鈦3D 打印，材料和最終產(chǎn)品比以往任何時(shí)候都更堅(jiān)固，認(rèn)證可能會(huì)更快地向前推進(jìn)。

圍繞3D打印飛機(jī)及其部件的安全協(xié)議和法規(guī)足夠全面，可以確保最終出現(xiàn)在飛機(jī)上的任何 3D 打印材料不會(huì)對(duì)安全產(chǎn)生負(fù)面影響。DO-254 和航空硬件的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)要求進(jìn)行深層次的測(cè)試和質(zhì)量保證，這有助于確保 3D 打印要么僅適用于非安全關(guān)鍵部件，要么需要足夠的檢查和測(cè)試以保持人員和飛機(jī)安全。

3D打印在航空業(yè)的趨勢(shì)

3D 打印只是航空電子設(shè)備變革的一小部分。但3D打印技術(shù)可能有助于實(shí)現(xiàn)全新的航空旅行系統(tǒng)，并改變飛機(jī)制造商考慮合規(guī)性和認(rèn)證的方式。3D打印還可以幫助克服當(dāng)前飛機(jī)制造的一些供應(yīng)鏈挑戰(zhàn)。因此，它可以幫助為城市空中交通 (UAM) 提供動(dòng)力。UAM 的概念是，有一天我們可能都會(huì)使用空中出租車來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車，或者在傳統(tǒng)汽車之外使用。但要讓 UAM 發(fā)揮作用，我們需要更多的小型飛機(jī)，3D 打印可以促進(jìn)這一過(guò)程。

例如，垂直起降飛機(jī) (VTOL) 是 UAM 的一項(xiàng)重要技術(shù)，因?yàn)樗鼈儾恍枰笈艿啦⑶铱梢暂p松地在低空飛行。開(kāi)發(fā)人員目前正在為這些飛機(jī)開(kāi)發(fā) 3D 打印部件。2023年2月，Horizon Aircraft 的一架新型 VTOL 飛機(jī)原型飛上了天空，其中包含近800 個(gè) 3D 打印部件。

△Horizon Aircraft 原型。圖片由地平線飛機(jī)提供。

3D打印在未來(lái)可以促進(jìn)飛機(jī)制造像'搭積木'一樣，具體來(lái)說(shuō)，3D打印在航空電子設(shè)備的軟件和硬件合規(guī)性和認(rèn)證方面采用了一種“裝配線”思維方式。例如，模板是合規(guī)性和認(rèn)證的重要組成部分，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S制造商和飛機(jī)開(kāi)發(fā)商以高效和可重復(fù)的方式認(rèn)證新設(shè)計(jì)。因此，3D打印提供了一種基于構(gòu)建塊的方法來(lái)制作原型和制造零件，有多種類型的模板可以作為公司設(shè)計(jì)、制造和開(kāi)發(fā)新飛機(jī)的構(gòu)建塊，并確保符合DO- 178C用于軟件，DO-254 用于硬件。3D打印將繼續(xù)在航空和其他領(lǐng)域的發(fā)展中做出貢獻(xiàn)，也許有一天你會(huì)乘坐一架100% 3D打印的飛機(jī)！

來(lái)源：3D打印網(wǎng)