3D 打印简化航空供应链

来源:荣格国际金属加工商情    关键词:3D打印, , 激光技术,    发布时间:2019-04-17

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通过 3D 打印实现的部件内的网格设计更轻、更结实,并且更具成本效益。

作为创新者和新技术的最早使用者,航空业在 20 世纪 80 年代引入原型制造时就开始应用增材制造 (AM)。在 2003 年,波音获得批准在 F-15 战斗机中使用增材制造的钛合金部件来取代原有部件。

GE Aviation 后来也获得美国联邦航空管理局(FAA) 的批准,生产用于 LEAP 发动机的增材制造燃油喷嘴。这个 喷嘴展示了增材制造零部件可以带来的诸多好处:喷嘴的零件从 20 个减少到 1 个,整体重量减少了 25%,耐用性增加 了 5 倍。

波音公司现在为 787 梦想飞机制造 3D 打印的钛合金零 件,这将是第一个 3D 打印的结构件,可以承受飞行中机身 的压力。通过这种方法,波音可以为每架喷气式飞机节省高 达 300 万美元。

增材制造技术的非凡能力为制造业推开了新世界的大 门,它能提供成本节约、劳力节省、重量减轻和零部件简化等诸多优点,这些变化可能对供应链产生重大影响。以往需要压铸和机加工的多个零件和子组件,现在可以作为单个零件进行 3D 打印。更少的零件和子组件意味着更少的工具和 劳动力,减少了制造链中的流程,并加快了上市时间。

今天的生产场景包含如下步骤:设计生产零部件,设计设备和模具以生产原型,测试原型,修改原型和工具,再重复上述过程。增材制造则能越过设计设备和模具这一步骤, 节约大量时间和费用,直接得到原型。原型的修改可以在 CAD 文件中进行,这让公司能快速进行多次设计上的更新迭代。根据德勤的一项研究,当航空航天和防务公司从传统制造转向增材制造时,原型生产的时间能节省从 43%到 75%不 等。这对于订单积压已成为常态的航空业来说非常重要。

增材制造还可以大大降低库存水平。为了避免任何飞机停飞的可能性,航空公司需要备有可能从未使用或过时的备件,而增材制造则免去了这一要求,因为公司可以按需进行 3D 打印。零部件可以在使用地点附近生产,而不必远距离存储和运输。

Roland Berger 管理咨询公司表示,凭借这些优势,预计到 2023 年,3D 打印市场将超过 40 亿美元。我们在对此 欢呼雀跃的同时,也要注意,尽管有着种种优势,但增材制造也面临着一系列挑战。

优化的支架设计能确保其符合或超过规格。

增材制造大道上的路障

从设计的角度来看,增材制造有其独特之处。设计灵 活性通常是指其几何形状,因此需要考虑许多其他变量和约束。例如,工艺参数的微小变化(如材料储存温度和湿度) 会影响沉积材料的微观结构,并改变最终产品。

目前,没有正式的标准来有效确保增材制造进行大 规模的部件生产的可行性。在制造商投资 3D 打印飞机零 件之前,他们必须能够证明该工艺的可重复性和可预测性,以始终如一地制造符合规格的可靠零件。如果没有 强大的仿真功能来捕获材料和过程的物理特性及变化, 就无法实现这一点。

新材料通常需要新的制造方法。对于增材制造,现有的 CAD 程序有所限制,特别是在与仿真信息集成时。该过程通常是手动的,需要多次迭代。这些问题说明增材制造开发工具的重要性,需要将仿真集成在工具中,这是实现全程数字战略的重要组成部分。在单一的协作平台上通过一个数据集来贯穿设计、开发和制造的各个阶段,显然可以支持这样 的策略。

此外,以增材制造为核心的未来制造战略,将通过 即时库存管理来减少库存,改善原料管理,并提高效率。 这也体现了全程基础结构——单一的协作平台的重要性, 它帮助企业实现整体制造业务的数字可视化,也包括其 供应商在内。

增材制造为飞机制造商提供了简化供应链的机会,能生产高度定制化的飞机零件,以及使用更高效、轻质的材料。 为了充分发挥增材制造的优势,必须从根本上改变设计和制造流程,以实现更快的生产流程,从而确保大规模的高一致性的质量,并最终帮助航空业实现面向未来的创新。