创造波音历史四个第一：777X机翼靠3D打印模具
图：波音777X，来源：波音。
2019年年初，备受关注的波音777X宽体客机将实现飞行试验机的下线和首飞，并计划于明年完成试飞和首架交付。作为波音最新款的飞机产品，777X的生产集成了当今最先进的复合材料制造技术、金属加工技术和机器人装配技术，体现了数字化和自动化技术的全球最高水平。777X机翼的制造，更是因为波音及其供应商的创新，创造了若干世界之最，以及波音历史上的数个第一。
一、细数波音777X机翼制造的世界之最和史上首次
波音777X机翼创造了四项世界之最——最大尺寸的复合材料机翼，最大尺寸的热压罐，最大尺寸的3D打印模具，最大的机体部件生产建筑。同时，777X机翼也创造了波音历史上的四个第一——首次采用可折叠翼梢，首次采用整体翼梁，首次采用自动丝束铺放技术制造机翼蒙皮、翼梁和桁条部件，首次采用近乎全自动化的工艺完成机翼部件铺放成形。
1、四项世界之最
机翼尺寸。波音777X复合材料机翼的翼展达到了创纪录的71.8米，比A350WXB的翼展长7米，是世界上最大的复合材料机翼，也是世界上最大的双发客机机翼，翼展甚至超过了777-8型机身69.8米的长度。波音777X翼根宽度达6米，机翼面积467平方米，展弦比超过11，机翼拥有明显的翘曲，这对其蒙皮制造造成了一定的挑战。
热压罐。对于追求整体成形的复合材料部件来说，机翼尺寸直接影响其制造体系的尺度。为了固化尺寸创纪录的777X复合材料机翼部件，波音供应商ASC公司为其打造了世界上最大的热压罐。热压罐长36.5米，宽6.5米，重达544吨。为了检验其密封性和焊接强度，波音还要对其进行压力测试，注水2578立方米，这将使其总重超过3175吨！
图：热压罐在波音进行内部设备安装 图片来源：波音
3D打印模具。2016年8月29日，由波音和美国能源部橡树岭国家实验室联合开发的3D打印模具，获得了吉尼斯世界纪录。这个3D打印模具用于波音777X机翼部件修边和钻孔，长5.33米，宽1.68米，高0.46米，重784公斤，是世界最大的实心3D打印物体。模具使用混合20%碳纤维的ABS塑料制成，依托辛辛那提公司的大幅面增材制造（BAAM）设备，制造时间仅用了30小时，而制造传统上的金属模具则需要至少3个月。
图：吉尼斯认证人员测量3D打印模具 图片来源：橡树岭国家实验室
生产建筑。2013年，华盛顿州以16年减税87亿美元，以及让机械师签署不涨养老金的长期劳动合同为价码，赢得了波音的青睐，将777X复合材料机翼中心（CWC）设在波音双通道客机总装大本营埃弗雷特。CWC建设耗资10亿美元，让埃弗雷特同时拥有了世界第一大和第四大建筑，CWC建筑可用空间370万立方米，仅次于波音埃弗雷特总装厂、沙特麦加大清真寺以及空客图卢兹A380总装厂，也是世界最大的机体部件生产建筑。
2、四个史上首次
翼梢小翼。国际民航组织将翼展65米以下的飞机定为代码E，对于超过这一长度即代码F的飞机，机场将会额外收取航空公司费用。为了便于机场运营和降低航空公司费用，波音777X采用了长3.5米的可折叠翼梢，飞机在跑道上减速滑行时翼梢将向上折叠。采用折叠机翼在舰载机上已经屡见不鲜，波音自己制造的F/A-18就是折叠机翼，但这在客机历史上还是第一次，第一代波音777研制时，波音就考虑过这个方案从而设计更长的机翼，但是由于航空公司拒绝而放弃。在解决了技术问题，以及与美国联邦航空管理局（FAA）和欧洲航空安全管理局（EASA）展开多年后，FAA于今年5月批准了可折叠翼梢的商用，从而实现了这一历史性的突破。
整体翼梁。波音787和空客A350的复合材料翼梁都是分三段制造，然后装配成完整翼梁的。而波音777X则破天荒地采用了整体翼梁的设计，翼梁长达破纪录的32米，每架777X上的4根翼梁需要几乎640公里长的碳纤维丝束。这离不开技术的进步，也是缩短运输物流的考虑，同时，这种设计也可以极大减少紧固件数量和装配工作量，达到减重、缩短生产周期、降低寿命周期成本的效果。
图：装配中的整体翼梁 图片来源：波音
丝束铺放。波音选择与美国Electroimpact公司合作，引入其创新的龙门式高速AFP设备，制造蒙皮和翼梁；同时，西门牙MTorres公司也在埃弗雷特设立先进制造创新中心，向波音提供桁条AFP设备，该公司还同时向波音提供777X机翼翼梁装配单元和机翼桁条连接装配单元。值得注意的是，这次是Electroimpact公司击败MTorres公司，为其AFP设备赢得的首个机翼制造订单，设备最高单价可能高达2500万美元，而且波音预计最多会订购12台。
图：价值2500万美元的自动丝束铺放设备 图片来源：波音
全自动化。当前，全自动化铺放还未完全实现，瓶颈就在于人工检测环节。以往的人工检查必须在每一铺层铺放之后停机，检查人员根据投射在模具表面的激光轮廓通过肉眼与铺层进行对比，确认丝束末端精度，之后使用手持放大镜扫描缺陷，这个过程费时费力且存在一定的漏检率和错误率。波音通过研究发现检测和返工时间占到了生产周期的63%，是铺放本身的2.5倍，而且，这些时间的分布还是在波音实施了多年工艺改进、检测时间和总周期已经下降了不少的情况下得到的。波音777X机翼庞大的尺寸决定了在铺放过程中不可能采用人工检查，因此Electroimpact公司通过三年多时间开发了自动化原位检测系统，目前这是唯一被复合材料部件生产商完全认证的系统，让波音777X机翼制造向着全自动化和工业4.0迈进了一大步。
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