Marshall Aerospace and Defense：将 3D 打印提升到新的高度

总部位于剑桥的 Marshall Aerospace and Defense Group 凭借可飞行的 3D 打印生产部件飞得很高。强尼·威廉姆森 (Jonny Williamson) 访问了该公司，讨论了它是如何取得成功的，并了解了未来的前景。 2011 年全球 3D 打印市场总价值约为 80 亿美元。到 2022 年，该市场规模预计将增长近两倍，达到 210 亿美元。 Marshall Aerospace and Defense Group (ADG) 为这一增长做出了贡献并受益于该技术的最新进步。Marshall 是世界上最大的私营独立航空航天和国防公司之一，为全球军事和商业市场的国际客户提供服务空中、陆地和海洋领域。该公司成立于 100 多年前，凭借敏捷、创新和协作方法提供领先的应用工程服务而享有盛誉。它的独立性在内部被视为最重要的其持续的成功。拥有快速果断行动的自由，使 Marshall 站在突破性和挑战性项目的最前沿，从部署敏感的医疗设备到舰队可用性，再到整合国防工业中有史以来最复杂的一些修改。公司在剑桥机场占地 900 英亩的总部——它也拥有和运营——涵盖飞机设计、制造、维护、改装、对话和服务支持的所有方面。与每个制造商一样，Marshall 遇到过客户要求提高响应速度、减少产量时间和成本，以及几乎不断的创新。这些企业决定研究在其设计和生产过程中集成工业级增材制造解决方案的可能性。如今，该公司利用该技术进行原型制作、先进工具和最终零件生产——包括生产飞行

复杂的零件，而不是复杂的机器

Land Systems 是 Marshall Aerospace and Defense Group 的一部分，它正在使用增材制造解决方案来无缝且经济高效地为客户提供概念验证。“In Land Systems ，我们需要创建极其复杂零件的原型，而不必求助于复杂的机器，”Marshall Land Systems 的设计经理 Stuart Dean 解释说。“通过拥有 [内部 3D 打印能力]，我们可以轻松地-易于使用的系统，可在整个原型制作过程中提供可靠的结果。以前，我们不得不将原型制作需求外包，这造成了生产力瓶颈。”“我们现在可以在一天内制作出原型，而在过去，我们可能需要等待长达六周。”

添加剂制造

根据 Marshall 的材料、工艺和增材制造工程师 Chris Botting 的说法，能够创造准确、可重复和重新使用航空航天认可材料的可靠 3D 打印部件是实现飞机内使用所需性能要求的关键因素。 Marshall 在修改现有平台时面临的一个挑战是准确、最新的数据并不总是可用。他说：“在复杂的工程项目中进行制造时，我们需要一种能够以最少的工具成本高效地创建准确、复杂、功能强大且轻便的管道的方法——这正是 3D 打印最适合的地方。”马歇尔在修改现有平台时面临的挑战准确、最新的数据并不总是触手可及。许多遗留平台只有 2D 计划可用，通用模型并不总是符合实际情况，因为客户经常修改他们的飞机。必须围绕现有结构进行工作也会对设计施加一定的尺寸、功率、重量和冷却限制。确保符合确定零件的形状、装配和功能需要对多个原型进行迭代、测试和调整——这会耗费时间、金钱和精力。这就是 3D 打印与 3D 激光扫描技术（Marshall 工程师在现场进行）和数字建模的结合之处事实证明这是一个成功的组合。现在可以在一天内生产复杂的原型并降低风险（与之前长达六周的周转时间相比）。但这不仅仅是快速原型制作的好处，企业的其他部分也在有限地使用该技术生产运行。

定制工具包

传统上，工具是用铝制造的，这通常既昂贵又费时。这使得团队在设计突然更改时几乎没有灵活性或错误的余地。”博廷说。 “使用高性能工程级热塑性塑料，我们可以生产针对特定工作量身定制的工具，具有可重复、可预测的质量。 Stratasys Nylon 12 中的 3D 打印成型工具。“对于安装支架的工具，我们通常会在 Nylon 12 中生产这些工具。这种材料重量轻，减轻了操作员的负担，而且至关重要的是，可以在非常短的时间尺度，减少了飞机停止服务的时间。”使用增材制造的其他马歇尔工具应用包括钻孔夹具、掩蔽模板、粘合夹具、复合模具工具甚至牺牲工具（与传统制造技术相关的成本难以估量） .Botting 认为，制造准确、可重复和可靠零件的能力以及使用先进材料是实现认证要求的关键想享受 3D 打印的好处。

批准等级

Marshall 目前有 14 个部件获准飞行，其四台 3D 打印机中最大的一台（Stratasys 提供的 Fortus 450mc FDM 打印机）经认证可重复生产这些部件采用特定航空级材料制成的零件。这些部件被归类为 3 类，即三级或非承重，例如管道和内部机舱结构。为确保所产生的管道工作将获得欧盟航空安全局 (EASA) 的飞行批准，马歇尔正在使用Fortus 450mc FDM 打印机和 ULTEM 9085 树脂——一种坚韧而轻便的 3D 打印材料，具有高耐热性和耐化学性。“这对于克服我们行业的严格要求至关重要，因为我们现在可以使用所需的火焰 3D 打印零件，用于飞机内饰的烟雾和毒性特性，”Botting 说。最终，飞行批准，d用于空调的管道，在 Stratasys 的 Fortus 450mc 上使用 ULTEM 9085 树脂 3D 打印带有插入式诊断硬件的笔记本电脑。Marshall 还利用其 3D 打印机在地面上构建最终部件。该团队最近为重要的地面运行设备创建了一个管道适配器原型——对于提供新鲜空气来冷却飞机的航空电子设备至关重要。“在进行昂贵的铝加工之前，我们使用 Fortus 450mc 以 ASA 材料 3D 打印原型，”说装机。 “它使我们能够创建一个复杂组件的准确工作原型。”然而，该原型工作得非常好，以至于该团队能够证明它有可能使用尼龙 12 材料进行 3D 打印，而不是使用更传统的材料铝。据报道，与用铝加工零件相比，3D 打印风管显着降低了成本，并且总重量减轻了 63%。

未来？

在 Marshall 内部，Botting 预见到使用Stratasys FDM 增材制造可增加业务的所有要素并推动新的应用，并提出可能引入金属材料。由 Stratasys 制造和供应的 Fortus 450mc FDM 打印机。 “FDM 技术改变了我们的工作方式，航空级 3D 打印机和材料使我们能够满足日益紧迫的期限和复杂的制造要求，”Botting 说。可以优化经过认证的 3D 打印部件的使用，从而获得巨大收益。未来，毫无疑问，3D 打印将继续对我产生重大影响。我们在业务中设计和制造的方式。”对于 Stratasys 执行副总裁 Andy Middleton 而言，材料科学将成为 3D 打印行业的主要增长动力。然而，更重要的是，他认为技术领导者、打印机制造商、材料科学家、分销商和相关利益相关者组成的全球社区非常需要团结起来，共同制定公认的标准。获得适合飞行的零件监管认证是一个漫长而艰难的过程繁重的过程——可以说是必然的。然而，尽管在 Stratasys 的支持下，Marshall 不得不独自应对大部分繁文缛节。自己负担，”米德尔顿说。

航空航天企业如何采用 3D 打印？

以下列表并非详尽无遗；事实上，它是靠划伤表面。但它反映的是该行业——从全球原始设备制造商到颠覆性初创企业——已经如何从中受益。随着进一步的进步、认证的建立和先例的确立，多年来，对技术及其提供的技术的采用只会增加。劳斯莱斯使用 3D 打印生产了有史以来最大的民用航空发动机部件。该公司与考文垂的制造技术中心合作，为 Trent XWB-97 发动机打印了前轴承，该发动机由钛制成，跨度为 1.5 米。该轴承包含 48 个单独的机翼形叶片组件，这些组件是增材制造的。Materialise 和 Materialise 之间的合作空中客车公司从航空巨头开始为 A350XWB 3D 打印“隐藏”塑料部件，现在已经发展到生产空中客车商用飞机机舱内乘客可以看到的部件，例如位于顶棚旁边的面板空客还与 Stratasys 合作，为其 A350XWB 生产 3D 打印聚合物非结构部件和其他用于系统安装的部件。喷气发动机。 GE 与波音公司签订合同，在其 777 飞机的 400 多台 GE90-94B 发动机中使用该部件。此外，GE 航空公司将使用 19 个 3D 打印燃料喷嘴来为下一代宽体飞机（如 777X）和研究人员提供动力橡树岭国家实验室制造了一种修剪和钻孔工具，将帮助波音公司为其 777X 飞机制造飞机机翼。美国空军使用的旧式飞机需要的部件可能因制造过时、制造成本而停产、低数量要求、不良文档或其他与可用性相关的挑战。由 America Makes 监督的一项计划——国家增材制造 i由代顿大学研究所领导的创新研究所汇集了技术和制造专家，包括 3D Systems、洛克希德马丁公司、Orbital ATK 和诺斯罗普格鲁曼公司，以探索美国空军如何使用 3D 打印来克服这些问题。Oerlikon和总部位于英国的颠覆性火箭推进初创公司 LENA Space 正在共同开发用于推进系统的优化增材制造组件。合作包括安装在用于将有效载荷送入近地轨道的小型运载火箭上的有效载荷整流罩支架的鉴定。