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协作创新、开发材料与工艺, 空客如何循序渐进的应用3D打印技术?

时间:2018-10-08 11:49 来源:未知 作者:中国3D打印机网 阅读:

    空中客车是3D打印领域的全球开拓者,空客在德国不来梅建立了3D打印技术中心,推动3D打印技术的应用与发展。至今,空客已经将3D打印技术应用于塑料备件、金属支架、机舱仿生隔离结构等多种飞机的零部件生产领域,其功能集成化的飞机液压件也进行了首次试飞。

    空客新兴技术与概念部门的3D打印专家Peter Sander 既是增材制造技术工业应用的先行者,又是对空客3D打印技术发展感触很深的人。本期,3D科学谷将与谷友一起来看看他对空客推动3D打印技术的描述以及对中小型企业如何利用3D打印技术的建议。

内部协同创新

     空中客车公司在不来梅的材料和工艺开发人员已经在3D打印领域工作超过15年,最初他们的关注点是塑料3D打印以及快速原型的应用,但在最近的5到10年时间内,3D打印技术对空客的影响发生了很大改变,现在几乎所有空客人都认识到3D打印的巨大潜力。

      2010年,空客内部成立了一个“创新小组”,成员来自空客内部多个部门,是一个跨部门、跨学科的组织。其目的是开发创新技术,并在工作实践中运用这些技术。创新小组最初的重点是3D打印和自动化设计,小组与空客内部专家进行沟通,并寻找可能通过3D打印技术进行创新与制造的应用。

      为此创新小组在欧洲空客内部发起了一项活动,活动的目的是让内部专家提出与3D打印技术应用相关的建议。在2014年,小组在短短六周之内收集到了200条建议。经过三个月的分析与探索,有13个具有3D打印可行性的项目被筛选出来,并提交给空客集团高层。

      这一活动收获是,空客决定在欧洲建立一个3D打印平台,以促进在工业过程中引入3D打印,2014年底以来,该平台已在整个空客商用部门(如客机制造)中运行。平台的具体工作是进行打印材料和工艺的开发,创建新的设计,并审查适合3D打印应用的案例,该平台在欧洲拥有40多名员工,他们负责推动3D打印在空客内部的应用。去年,空客向平台投资了1000万欧元,而今年的预算与去年基本持平。

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空客3D打印钛支架,已安装在A320neo和A350 XWB测试飞机上使用。

       那么,空客的3D打印平台取得了哪些成绩呢?Peter Sander 表示,2014年以来,空客向客户交付了第一个3D打印的塑料飞机备件,并开发了一些3D打印的零件,例如进行了首次试飞的3D打印钛支架。这对于验证3D打印在航空制造中的可行性是具有重要意义的。2017年,空客还与德国利勃海尔合作进行了3D打印钛合金液压元件的试飞,该液压件比传统液压件重量减轻55%。空客的目标是在2020年实现该3D打印液压件的量产。

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空客与利勃海尔开发的3D打印液压件。

     这也体现出空客的3D打印应用发展轨迹,即从最初实现少量可行性高的3D打印零部件的生产,到实现更多核心零部件的3D打印生产。

Peter Sander 提到的空客创新小组,让3D科学谷想到GE 航空的增材技术中心,他们的共同之处是建立跨部门之间的合作,从不同学科角度考虑3D打印技术的适用性,找出适合通过3D打印技术进行创新的零部件。参考阅读:“看GE航空15万平方米的增材技术中心怎样通过3D打印推动创新?”

block 评估3D打印的适用性

     对于空客3D打印平台来说并不是所有零部件都是的潜在“目标”,其目标主要包括通过3D打印技术按需生产备品备件,并且对于一些复杂零部件进行创新与优化,比如说通过拓扑优化设计与3D打印使航空航天零部件变得轻量化,以及通过3D打印技术制造更多具有高度功能集成化的零件。Peter Sander 认为这将代表产品设计的一个阶段性变化,制造高度功能集成化、轻量化零部件的能力,将使3D打印技术成为主流。

       当然,目前通过3D打印技术进行零部件创新还受到材料的限制。Peter Sander 举了一个例子,空客使用的铝合金材料种类很多,并不是所有的铝合金材料都适合3D打印,比如说空客曾开展了一个3D打印卫星铝制冷却板的项目,这是极端温度常见的区域,因此热平衡很重要。制造这个部件的合金材料比较特殊,空客与Fraunhofer 研究所合作,评估了5种材料的3D打印适用性,包括将它们研磨成粉末并进行验证。其中两种材料是适合3D打印的。

block 对中小企业应用3D打印的建议

     对于空客这样的大型航空航天制造企业来说,不仅对于产品创新有着巨大需求,而且能够对新技术、新工艺的应用投入充足的人力、物力、财力支持,3D打印技术首先在空客这样的大型企业中落地生根几乎是顺理成章的事情。但是,大量中小型制造企业并不像空客那样能够为3D打印技术的应用提供充足的土壤,那么中小企业是否值得在现阶段涉及3D打印技术呢?

      Peter Sander的认为是值得的,但重要的是,中小企业应该冷静的审视哪些零件或产品能够从3D打印技术中获益,是需急需交付的少量部件?还是非常复杂的零部件?诸如此类的产品都是值得考虑用3D打印技术进行制造的。空客的经验是,从相对容易执行的零件开始,逐渐积累3D打印的经验。

      Peter Sander 还建议到,虽然中小企业缺乏3D打印经验的积累,并且不了解新制造技术的全部潜力,但是他们可以通过对外合作寻求帮助,毕竟对于单个公司而言,创新成本是非常高的,因此建立起一个合作关系网可能会为中小企业提供帮助。在实践中,空客的打印材料研发、仿生设计等工作也从外部合作伙伴那里获得了很多支持,空客的合作伙伴包括多家研究所、大学。

     Peter Sander 建议中小企业可以与领先的合作伙伴共同将产品原型开发出来,在可以进行量产的阶段再大量投入,通过这种方式开发3D打印应用,早期的投入并不是非常高,企业对于增材制造的投入可以循序渐进的进行。

(责任编辑:中国3D打印机网)