航空增材制造

1。简介：为什么航空业正在推动 3D 打印

没有其他行业能像航空航天那样对工业金属 3D 打印的发展产生如此显着的推动作用。对质量、减重和难加工高性能材料处理的极端要求使该行业成为增材制造 (AM) 的理想应用领域。

本白皮书重点介绍了这一高安全领域的核心应用、使用的材料以及认证的巨大障碍。

2。轻量化结构：每一克都很重要（拓扑优化）

飞机制造的首要目标是减轻重量。在飞机的使用寿命内，每节省一公斤，煤油消耗量就会减少数千升。

• 仿生铰链（支架）：用于连接飞机门或机舱部件的支架是经典的铣削零件。通过拓扑优化，材料可以精确地分布在力曲线上。结果看起来是有机的（“像骨头一样”），并且在强度相同的情况下重量减轻了 50%。
• 座椅结构：乘客座椅的安装座，通常由铝 (Scalmalloy) 或钛 (Ti6Al4V) 打印而成。

3。发动机和涡轮机：对抗高温

飞机发动机和火箭发动机普遍存在极端温度和压力。这就是标准金属的失败之处；必须使用镍基合金（高温合金）。

• 燃油喷嘴：最著名的增材制造组件可能来自 GE Aviation（LEAP 发动机）。现在，喷嘴不再需要费力地将 20 个单独的部件焊接在一起，而是以单件 (PBF) 的形式进行打印。该组件重量减轻了 25%，使用寿命延长了 5 倍。
• 涡轮叶片：冷却涡轮叶片可以提高发动机的效率。 3D 打印可用于在叶片内部创建微观精细的螺旋形冷却通道，这是使用铸造或铣削技术无法实现的。

4。航天领域：打印机的火箭发动机

在太空旅行领域（New Space），不再只是实验；而是。在这里，整个生产过程都转换为 3D 打印。

• 燃烧室：Relativity Space 或 SpaceX 等公司打印整个火箭发动机，甚至机身的大部分。由铜合金制成的燃烧室（由于具有极高的冷却导热性）采用增材制造，因为内部通道结构通常不可能经济地生产。
• 初创公司 Relativity Space 甚至正在建造巨大的 WAAM/DED 系统（Stargate），以增材制造几乎完全由铝制成的火箭主体。

5。认证与资质

航空领域系列应用的最大障碍不是技术本身，而是当局（FAA、EASA）的批准。

每个飞机部件都必须绝对无错误且可重复。 3D 打印面临的挑战是材料特性（结构）仅在打印过程中显现。

• 现场监控：现代 PBF 机器（例如 EOS 或 SLM Solutions）使用高分辨率摄像机监控每个单独的熔池（熔池监控）。如果出现毛孔，则会同时记录。
• 资格流程：制造商必须冻结整个流程（机器、粉末批次、激光参数）。只有当统计数据证明材料特性的扩散最小时，组件才会被释放用于飞行。

6。结论：技术的先锋

在可预见的未来，航空航天仍将是金属 3D 打印最重要的驱动行业。波音、空客、GE 和 SpaceX 对流程审批的投资有利于其他行业（例如机械工程），但作为经过验证的“最佳实践”，存在时间滞后。