近年来，增材制造凭借复杂几何结构、快速原型制作、轻量化构件以及全新的飞行关键零件制造方式，持续吸引航空航天工程师的关注。各类行业报道对这项技术的进步大加赞赏，但走进实际生产车间就会发现，增材制造的落地现状与愿景之间仍存在明显差距。Chad Chmura 在专注于 CNC 的 CAM 软件公司 Mastercam
已任职12年，Mastercam在减材制造领域拥有超过四十年的深厚积累。作为全球应用工程经理，Chmura长期直接对接航空航天制造商，协调数字设计愿景与认证生产要求之间的差距。在他的观察中，航空航天行业对增材制造的讨论已逐步走向成熟，但其发展方向却与多数人最初的预期大相径庭。
Chmura 直言：“我不认为存在增材制造能完全取代减材制造的场景，但我觉得这是一件好事，我们能同时发挥两种技术的最大优势，实现优势互补。”
△Mastercam推出的新一代刀具路径平台EverPath，旨在让 CNC 编程更快、更简单、更灵活
严苛公差划定工艺边界，减材制造仍不可替代
不可否认，增材制造的优势真实且具有实际应用价值，能够轻松制造出内部流道、点阵结构和异形几何结构，这些结构用传统机加工方式要么难以实现，要么会产生极高的制造成本，为航空航天零件设计开辟了全新思路。热等静压、退火等后处理技术的应用，让增材打印零件的强度大幅接近锻件水平。但对于飞行关键部件而言，“接近”远远达不到装机使用的标准。
Chmura 解释道，减材制造在当前生产中依旧占据不可或缺的地位，背后有着多重关键原因。尺寸稳定性、表面光洁度、零件的实际装配精度，以及加工效率，都是减材制造的核心优势。他认为减材制造始终在生产流程中发挥重要作用，而且这种状态在未来很长一段时间内都不会改变。
航空航天领域的认证要求堪称严苛。材料性能必须经过完整的记录、反复测试和严格审批，一项新型合金或复合材料结构的认证流程，往往需要持续数年甚至数十年。此外，飞行关键接口的公差要求极高，即便高端增材设备，生产过程中也可能产生微小波动，而这种波动是行业无法容忍的。这就意味着，增材制造生产的零件，几乎都需要经过 CNC 精加工，才能达到装机认证标准。
混合制造破局落地困境
面对增材与减材各自的优势与局限，混合加工设备应运而生。这类设备能够同时完成增材材料沉积与减材切削加工，部分高端设备甚至可以在一次装夹中完成两种工艺，大幅提升生产效率。为适配这种新型生产模式，Mastercam
推出了 CAManufacturing APlus 插件，支持用户在熟悉的操作界面内，完成两种工艺的编程工作，降低了操作门槛。
目前，Chmura 正主导一项基于定向能量沉积系统的混合制造项目。项目的核心流程的是：
•五轴 CNC 设备上的焊接式喷头将材料熔化并沉积
•待材料沉积完成后，再通过机加工工序，将零件加工至最终的尺寸和表面质量要求。
Chmura 表示，模拟环节至关重要：“现在我们拥有非常先进的技术，能够模拟这种沉积式增材制造的全过程，这类设备存在多种碰撞风险，增材工序的操作过程中，同样会面临这些风险，而仿真技术能有效规避这些问题。”
△借助 GPU 加速仿真，处理复杂多工序零件的团队可在极短时间内完成碰撞检测与材料分析
原型优势突出
在航空航天领域，增材制造的价值在原型制作环节体现得最为明显。对于后续将采用熔模铸造工艺生产的零件，通过增材制造可以快速制作样件，用于装配验证、外形检测和前期性能测试，所耗时间远低于传统铸造毛坯的开发周期。这种速度优势十分显著，但当生产需求从原型制作转向规模化量产时，新的挑战便随之而来。Chmura 评价道：“增材制造在原型制作上的表现堪称出色，但规模化生产的难点在于成本控制。在混合设备上，单件零件的成本与生产过程中最长工序的耗时直接相关。虽然最终能得到合格的零件，但零件在单台设备上占用的时间过长，会大幅推高制造成本。”
这种成本结构，对于低产量、高复杂度的航空航天项目而言或许可以接受，但对于追求产能和效率的规模化生产项目来说，仍是难以逾越的限制。这说明，增材制造在原型阶段展现出的经济优势，无法直接复制到量产环节。Chmura 观察到，新型增材工艺与材料在短期内，最具发展动力的领域是试验项目与军用项目。这类航空平台主要执行特定任务，不搭载乘客，即便出现测试失败，虽然并非理想情况，但造成的后果远轻于商用航空事故。
“这类应用场景在先进材料的使用与测试上，往往更加灵活，”他举例说明，这一点与 F1 赛事十分相似。电动涡轮增压器等在赛车领域得到验证的技术，往往需要十年甚至更久才能应用于量产汽车，而赛车场景则为这些新技术提供了可靠的测试平台。同理，试验类航空项目也能承担类似角色，为那些暂未达到认证生产标准的增材工艺，提供重要的测试和优化环境。
设计思维代际差异
在 Chmura 的观察中，工程教育方向的转变，也对增材制造的落地产生了影响。如今的工程专业学生，成长于桌面 3D 打印普及的时代，他们进入行业时，对增材制造的熟悉度和直觉，远高于传统的减材制造。这一现象本身并无问题，但当设计的自由度超出实际制造能力的认知范围时，就会成为技术落地的隐形障碍。Chmura 说：“现在的大学生广泛接触 3D 打印技术，他们在设计时拥有极高的自由度，常常不会考虑零件的制造方式，默认选择用 3D 打印完成生产。这也是增材制造最初被赋予巨大行业愿景的重要原因之一。”
Mastercam 与康涅狄格大学有着长期合作，为该校的方程式赛车团队制作零件。在合作过程中，Chmura 发现，学生提交的设计模型中，常常包含难以加工或无法按原设计制造的特征，比如零公差要求、尖锐内圆角、深窄结构等。这些问题的根源，在于学生的设计思维中，没有充分融入对设备实际加工能力的认知。
Chmura 强调，降低制造成本最有效的方式，就是按照现有技术条件，开展可实现的设计。设计时不必局限于某一种工艺，有时适合用增材制造，有时则更适合用减材制造，核心是匹配实际生产能力。AI 应用分化，增材领域仍处于探索阶段
在技术赋能方面，Mastercam 已将 AI 功能集成至 Copilot 产品中。这款工具能够辅助 CNC
程序员理解软件功能、提示后续操作步骤，还能自动完成部分编程流程，大幅提升编程效率。除此之外，外部也有相关 AI
工具，可自动生成减材加工程序，减轻程序员的手动工作量。
△借助 AI 驱动的 Copilot，用户可通过语音或文本指令调整多道工序的进给速率与主轴转速，系统内置安全确认提示以保障操作安全。
AI 在增材制造领域的辅助能力仍较为有限。Chmura
认为，这种差异的核心原因在于行业成熟度不同。减材制造经过数十年的发展，已经积累了完善且明确的工艺规范和最佳实践，AI
可以基于这些海量经验数据，进行学习和优化。而增材制造仍处于快速发展阶段，相关的工艺基础和行业规范，还在不断完善之中。Chmura 总结道：“对于减材制造，我们清楚知道自身需求是什么，只需借助 AI 技术实现优化即可，但对于增材制造，我们还在不断探索自身需求，相关技术的发展，也会同步推动需求的明确和完善。”
点评
增材制造为航空航天领域带来设计创新与原型制作的高效优势，但受严苛认证、公差要求及量产成本限制，无法替代减材制造。混合制造成为兼顾两者优势的有效路径，AI在增材领域仍处于探索阶段。当前行业存在设计思维与制造能力脱节的问题，试验与军用项目成为新型增材技术的重要验证平台。增材与减材融合发展，是航空航天制造的现实走向与未来方向。
来源：南极熊
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