金属增材制造全面进入航空航天工业

发布时间：2017/12/19 0:08:04

近年来，金属增材制造逐渐发展成为制造技术领域新的战略方向。但由于以下几个原因，航空航天业界一直非常谨慎地采用金属增材制造技术：一方面是由于认证材料加工工艺和部件加工工艺的复杂性；另一方面是尺寸，大多数飞机和发动机结构部件对于3D打印这种增材制造工艺来说太大了。

目前，已经获得批准、可在生产型商用飞机上装机应用的部件是空客A350上由Arconic公司制造的小型托架和波音787上由Norsk公司生产的地板配件。

随着GE、Arconic、Norsk、Sciaky等公司研制的增材制造机器可用性大幅提升，金属3D打印在航空航天领域中的应用范围将加速扩大。

米级尺度的激光粉末床融合增材制造机

GE公司已经将生产米级尺度的激光粉末床融合增材制造机的*个测试版机器，交付给一小部分客户进行测试。

在ATLAS项目（用于大尺寸部件系统的增材制造技术）支持下，耗时9个月开发的GE增材制造机测试版，可制造*大规格为1米×1米×0.3米的大型部件。该机器由GE与德国的概念激光公司共同开发，量产版将于2018年底推出，它将具有生产*大规格达1米×1米×1米的大型部件。

GE公司专注于增材制造以降低其飞机发动机制造成本，该公司利用该测试机生产出了符合Leap涡扇发动机尺寸的燃烧器衬套。加工更大尺寸部件的增材制造机有望加速GE公司自己采用的增材制造业务，在短短的5年时间里，它已经从生产用于Leap发动机的燃料喷嘴，发展到可生产新型先进涡桨发动机的三分之一的部件（该发动机将在年底进行测试），利用3D打印技术，GE公司将原先的855个零部件减少到只有12个。

GE公司目前还未命名的机器可以安装多个1千瓦的激光器，以加快部件生产速度，而且制造的结构部件尺寸可以垂直延伸超过1米，以生产更大的部件。

GE公司研发的增材制造机，其意义在于可为公司带来的产业规模。概念激光公司设计生产的具有标准组件的M1Line，可配套整个工厂，而新设计的机器也具有相同的功能。新设计的机器不仅具有先进的制造工艺，还具备通过GEPredix软件实现的机器健康监测功能。

研发大型部件增材制造机

工业界目前已经开始克服一些限制条件使得增材制造工艺和生产的大型部件符合行业要求。在2016年促成的3笔协议的框架下，Arconic公司正在为空客制造3D打印镍钛高温合金机身部件，而Norsk公司则向波音供应增材制造钛合金结构部件。

Arconic公司（从美铝公司拆分而出）已经与空客签署协议，共同开发电子束沉积工艺，用来打印*长可达到1米的结构部件。Arconic公司表示，与空客的多年合作研究协议将“推动3D打印应用在航空产品中的应用范围”。该公司认为，电子束高速沉积更适合于大型部件，因为它的打印速度比激光加工快100倍。Arconic公司大型部件增材制造设备还有一个独特的创新——将增材制造技术与传统的制造技术（如机械加工）结合。在Arconic公司与空客公司的合作研究中，引入了Arconic公司的Ampliforge工艺，使用该工艺采用3D打印的部件可以通过锻造技术增强机械性能。

在已经生产飞机部件的增材制造工艺中，Norsk公司的MerkeIV线弧快速等离子沉积机器有可生产*大规格为0.9米×0.6米×0.3米的部件，而Sciaky公司的电子束增材制造（EBAM）系统可以生产*大达5.8米×1.2米×1.2米的结构部件。目前，空客拥有一台EBAM机。

此外，通过今年Norsk公司和斯普利特航空系统公司之间，以及GE增材制造事业部与GKN航宇公司之间达成的相关合作协议，金属3D打印技术的优势正在辐射航空航天产业链，这将是实现增材制造承诺的关键一步。

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