看英國(guó)地平線增材制造計(jì)劃如何推進(jìn)利用3D打印來(lái)生產(chǎn)下一代飛機(jī)零件？

從模型飛機(jī)到無(wú)人機(jī)到噴氣機(jī)和火箭，你可能會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)今天有多少正在飛行的飛機(jī)上含有3D打印的零件。而這種趨勢(shì)只會(huì)繼續(xù)下去，英國(guó)ATI地平線增材制造計(jì)劃正在努力開(kāi)發(fā)航空航天領(lǐng)域的先進(jìn)制造方法。英國(guó)地平線增材制造計(jì)劃目前專(zhuān)注于生產(chǎn)飛機(jī)用金屬輕質(zhì)部件的新型增材制造技術(shù)。他們將創(chuàng)造更實(shí)惠的生產(chǎn)方法，減少浪費(fèi)，按需生產(chǎn)近凈形狀的零件。

英國(guó)地平線增材制造項(xiàng)目希望通過(guò)建立3D打印飛行零部件的可行方法，利用3D打印技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的高度幾何復(fù)雜性和多種材料的能力，為下一代飛機(jī)制造先進(jìn)的零部件，從而使英國(guó)處在航空航天設(shè)計(jì)和制造的前沿。

英國(guó)地平線增材制造計(jì)劃是由一群有興趣為航空航天零部件創(chuàng)造新型增材制造技術(shù)的合作伙伴組成的聯(lián)盟來(lái)實(shí)施的。聯(lián)盟于2014年成立，由GKN 航空公司領(lǐng)導(dǎo)，其他成員包括雷尼紹、歐特克、謝菲爾德大學(xué)、華威大學(xué)、達(dá)爾康 (Delcam)等。

目前該聯(lián)盟的項(xiàng)目包括11個(gè)工作包，其中包括：增材制造材料、設(shè)計(jì)要求、增材制造設(shè)計(jì)、優(yōu)化、塑料增材制造、增材制造流程的理解、增材制造的后期處理、增材制造零件的無(wú)損探傷檢測(cè)等。

英國(guó)地平線增材制造計(jì)劃的重點(diǎn)是通過(guò)GKN的技術(shù)準(zhǔn)備評(píng)估（TRA）流程推進(jìn)三項(xiàng)關(guān)鍵的增材制造技術(shù)，以便將其發(fā)展為可行的生產(chǎn)流程。迄今為止，根據(jù)聯(lián)盟設(shè)計(jì)的各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)，塑料增材制造已經(jīng)達(dá)到TRL3階段，而LPB-激光粉末床熔化技術(shù)則達(dá)到了TRL4階段。

其他的ATI地平線增材制造項(xiàng)目還和GKN測(cè)試站點(diǎn)合作，為在WIST和ALFET開(kāi)發(fā)的下一代防冰系統(tǒng)的飛行試驗(yàn)生產(chǎn)飛行測(cè)試硬件。 達(dá)到TRL4階段的技術(shù)重點(diǎn)是從過(guò)程轉(zhuǎn)向產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，這個(gè)階段也包括一些塑料的3D打印應(yīng)用開(kāi)發(fā)。目前ATI地平線增材制造項(xiàng)目人員由8名工程師增加到了20名，擁有10臺(tái)3D打印機(jī)。他們?cè)诓牧戏治鰧?shí)驗(yàn)室使用多種材料，專(zhuān)注于不需要后處理的生產(chǎn)，并且與增材制造客戶(hù)加強(qiáng)合作。

GKN通過(guò)支持地平線增材制造計(jì)劃也獲得了自身技術(shù)的發(fā)展?，F(xiàn)在，GKN的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在可以通過(guò)與現(xiàn)有客戶(hù)合作來(lái)生產(chǎn)需要快速交付的試飛硬件。通過(guò)這種合作，GKN還可以將增材制造擴(kuò)展應(yīng)用到客戶(hù)業(yè)務(wù)的其他領(lǐng)域。

當(dāng)前，地平線增材制造項(xiàng)目完成了兩個(gè)案例研究工作。第一個(gè)研究工作圍繞著下一代冰探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究，因?yàn)樵撀?lián)盟也與其他主要實(shí)體合作，包括GKN其他部門(mén)。他們通過(guò)激光粉末床熔化技術(shù)來(lái)進(jìn)行新型飛機(jī)光學(xué)冰探測(cè)器（OID）和下一代防冰加熱墊零件的開(kāi)發(fā)工作。

這個(gè)項(xiàng)目中各種技術(shù)的成熟水平如下：

- 激光粉末床增材制造：接近TRL 5

- 光學(xué)冰探測(cè)器：接近TRL 6

- 防冰加熱墊（ALFET）: 接近TRL 6

研究人員開(kāi)發(fā)的增材制造零部件需要與飛機(jī)的儀器罐，OID傳感器和外部視頻攝像頭連接，以探測(cè)冰是否已經(jīng)累積。在制造過(guò)程中，需要盡量減少零件外表面的表面粗糙度，并實(shí)現(xiàn)3D打印零件和其他金屬零件之間結(jié)合所需要的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某叽绻?，這一點(diǎn)很重要。

第二個(gè)案例跟增材制造設(shè)計(jì)理念（DfAM）有關(guān)，研究人員探索了機(jī)翼鉸鏈支架上的仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方法。通過(guò)仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，研究人員設(shè)計(jì)出重量減輕50％的復(fù)雜零件。不僅如此，這些零件可以通過(guò)3D打印來(lái)生產(chǎn)。而且還為機(jī)翼設(shè)計(jì)提供了更高的性能，更高的效率。

總體來(lái)說(shuō)鉸鏈支架的設(shè)計(jì)帶來(lái)了一系列的改變，包括買(mǎi)飛比從3.5降低到了2甚至是1.5，重量降低了53%，減少零件數(shù)量，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。

來(lái)源：3D科學(xué)