2022年预测：3D打印正在改变航空航天业
从波音、洛克希德马丁和 SpaceX 等企业巨头到早期风险投资，世界各地的公司都在利用 3D 打印硬件、材料和软件，同时推动对 AM 的顶级技术投资。因此，在 2021 年，我们看到整个行业都接受了大流行所实施的 3D 打印技术，而 2022 年有望获得回报。3D 打印正在彻底改变飞机生产。因此，在 2021 年，我们看到航空航天原始设备制造商 (OEM) 投资于大型 AM 机器和项目，以增强高性能、关键任务金属部件，从而实现对新一代飞机前所未有的部件整合要求。
“在 2021 年，我们看到 AM 行业认识到预测建模是首次质量的关键，而启用数字线程对于规模和控制质量至关重要，”波音 AM 副总裁 Melissa Orme 说。 “这种认识导致了用于 AM 过程建模、创建数字双胞胎以及为数字线程归档数据的平台的软件公司的成熟和出现。”
与其许多竞争对手一样，波音公司在 2021 年保持其 AM 部门非常活跃，建立了一个完全受控的分布式 3D 打印网络，以直接在 EOS 3D 打印机上远程安全地生产零件，并 3D 打印航空航天级材料以制造其飞机的组件。 Orme 指出，该公司仍然专注于 AM 的数字方面，已经将其大约 40% 的价值流连接到数字线程，并通过模拟引导 AM 构建以取得首次成功。“我们的自动数据流以通用格式存档到我们的 AM 数据库中，这使得我们可以访问和使用执行我们的 AM 分析以不断优化我们的价值流。”
波音公司展示了 3D 打印设计的自由度。
3D 打印设计自由度：打印零件的能力开启了创建更高效机械设计的可能性。图片由波音公司提供。
用于航空航天的 3D 打印材料取得了巨大进步。 Nexa3D 的首席执行官兼联合创始人 Avi Reichental 表示，虽然金属 3D 打印在航空航天领域占据了大部分的焦点，但聚合物在这里拥有庞大且不断增长的市场。认为许多将金属增材制造纳入其运营的航空航天制造商也投资于聚合物解决方案，因为他们对增材制造整体变得更加熟悉。更重要的是，拥有更多先进制造解决方案组合为下一代航空航天制造开辟了更多机会。“我们将继续看到 AM 的轻量化能力在航空航天领域发挥作用，包括用于与人类接触更多的机舱和内部组件，”Reichental 相信。
配备 NXE 400 3D 系统的 Nexa3D 客户体验中心。图片由 Nexa3D 提供。
Velo3D 的创始人兼首席执行官本尼·布勒 (Benny Buller) 对明年航空航天 3D 打印将如何发展有着非常特殊的看法。根据 AM 专家的说法，增材制造设计或 DfAM——调整设计以使其更便宜、更快或更有效的过程——迫使航空航天工程师以可制造性的名义做出让步，而不是设计最好的部分可能用于下一代系统。他指出，AM 的承诺一直是实现设计自由而不是限制它，帮助航空和航天组织不断达到创新的新高度。然而，他认为这个承诺已经被打破了。“到 2022 年，这些工程师将看到 DfAM 的桎梏被移除，使他们能够打印他们想要和需要的零件，包括更轻的零件、性能更好的零件以及将多个零件合并为单个组件的零件。它还将使航空航天公司能够复制无法通过其传统供应链采购的遗留部件，而无需为增材制造进行设计。一旦我们消除了这些限制，工程师将从头开始制造新的航空航天系统，以优化性能，而不受曾经不可能的限制，”布勒透露。充分发挥设计最佳零件的能力是推动航空航天和太空 3D 打印向前发展的关键，而 Buller 并不是唯一一个认为 Dfam 限制该领域的人。 2021年，其他行业专家也表示需要放弃Dfam，拥抱设计自由。
XB-1 将搭载在 Velo3D 的 Sapphire 系统上制造的钛 3D 打印组件。图片由 Boom Supersonic 和 Velo3D 提供
除了 Buller 渴望的设计自由之外，Omren 还预测到 2022 年，可持续性将成为关注的重点。越来越多的制造商正在采用可持续的 3D 打印实践，但许多制造商希望将其提升到一个新的水平。例如，波音公司最近发起了一项 AM 可持续性计划，以定量检查不同制造过程场景和零件类型的可持续性优势。
它还加倍回收其粉末和过滤器冷凝物，研究支撑结构的回收利用，在设计零件时变得更智能，以便不需要支撑结构，并使用模拟来减少消耗电力和产生浪费的构建迭代。据 Omren 称，客户和监管机构对更可持续制造的需求将推动更环保的 3D 打印技术。“与大多数传统制造工艺相比，增材制造使用的材料要少得多，因此价值流的前端——开采原材料、转化为可印刷材料并运输到印刷点——大大减少，从而减少了这些方面的碳足迹价值流，”奥姆伦说。 “AM 还允许优化零件，使其重量更轻，并可以在更小的体积空间内执行预期功能，这意味着 AM 可用于优化车辆，使其更加流线型，减少阻力，并需要更少的燃料在服务中。”
在航空航天领域，波音、空中客车公司、诺斯罗普格鲁曼公司和雷神公司等公司正在从为飞机生产数万个 3D 打印部件中获益，航天公司也是如此。 3D 打印可以解决复杂的工程问题并制造专门的零件，我们已经看到 2021 年空间增材制造的激增。例如，Relativity Space 联合创始人 Jordan Noone 估计，2021 年进入市场的每个新火箭发动机上都有 3D 打印组件。他说，这是发动机的新基准。这位航空航天工程师还看到许多初创公司站出来解决下一代粉末床打印机的开发问题，以及粉末床打印生态系统的元素，如材料开发、后处理和检查。
Relativity Space 联合创始人 Jordan Noone（右）。图片由相对论空间提供。
现在有如此多的空间技术使用 3D 打印作为其制造过程的一部分，我们也看到了与纯 AM 公司的大量合作。 EOS 北美金属技术高级经理 Ankit Saharan 表示，去年，这导致 3D 打印在航天工业中得到了更大的应用。在内部，从购买的角度来看，EOS 有相当多的活动，因此 Saharan 预计随着我们进入新的一年，空间适应的使用量将继续增长。
“我们看到了半导体、消费电子和可再生能源等新应用领域和垂直领域的多元化，重新关注产品开发和生产——其中一些可归因于大流行引起的供应链问题。我们预计 2021 年的趋势将持续到 2022 年，并有一些额外的增长机会，特别是随着新材料继续上线。首先，铜和铜合金正在成为一种关键材料，并且只会在增材制造行业中变得越来越重要，因为它对许多高度工程化的应用至关重要，”Saharan 解释道。
虽然铜可能很难处理，但 EOS 声称它已经完善了 3D 打印成功所需的流程。到 2022 年，该公司预计 H13 等工具钢以及用于各种应用的纯镍和钨等纯金属将重新引起人们的兴趣。
EOS 北美金属技术高级经理 Ankit Saharan。图片由 EOS 提供。
从更广泛的意义上讲，Noone 预计发射市场将在 2022 年出现过度饱和，许多玩家都在争夺他们在啄食顺序中的位置。这意味着许多发射器是第一次飞行，而打印可能是其中许多人的关键优势。“3D 打印行业将见证围绕零件设计的持续低于标准的数字工程工具，特别是用于打印。作为一个行业，我们使用 1970 年代计算机的文件格式，我们使用在发明打印之前开发的 CAD 工具，将零件从设计到加载到打印机的工作流程非常费力和手动，”Noone 解释说。
注意到当前的工具不足，这位专家与风险投资公司 Embedded Ventures（他与 Jenna Bryant 共同创立）开始了新的旅程，将三分之一的初创公司投资组合集中在数字工程工具上，为高级硬件设计提供解决方案，包括它孵化的公司 KittyCAD。这些进步将有助于推动该领域进一步采用 3D 打印。“3D打印是不可避免的，尤其是在价值对齐如此强烈的太空中。太空部件希望重量轻，打印的部件越轻，制造起来就越便宜、越快。产品越优化，成本和交货时间就越低。这在其他任何地方都是闻所未闻的，”Noone 说。 “随着越来越多的航天公司获得融资，迭代速度是关键。随着该行业进一步饱和，通过打印等灵活工具对迭代速度进行投资将变得更加重要。”
中国3D打印网点评：按照这个速度，在接下来的十年中，航空航天业将继续重新构想自己，同时推动增长和提升价值，采用增材制造的当前趋势并推动进一步投资。随着 3D 打印的发展，它将推动飞机制造商和地球外梦想家的创新。
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