增材制造在航空航天业的许多新领域具有潜力，而航空和航天制造商正在开拓这些新前景。但由于缺乏意识、未满足的技术需求以及在其高度监管的行业中缺乏正式的监管流程，他们以低于曲速的速度受阻。
增材制造 (AM) 方法提供维修保养优势；轻量化部件；优化设计，包括零件整合和流程优化；加快设计到生产的时间；实现按需更换零件生产，减少或消除仓储备件的需要；并使设计的可追溯性和存储数字化而不是物理化。
这些优势，以及空中客车、波音和通用电气等大公司在 AM 开发方面的领先地位和透明度，这些公司 3D 打印了近两打其 LEAP 引擎的零件，有助于激励并激励其他人继续努力取得进步。
“事实上，像 GE 这样的公司并没有使用添加剂作为后备，而是在一个重要的新发动机项目上实际这样做，这表明他们对这项技术充满信心，而且SLM Solutions NA Inc.（密歇根州威克瑟姆）的技术总监 Richard Grylls 说：“它可以以合理的成本构建高质量的组件，从而带来性能优势。”
新应用正在开发中
虽然航空航天公司已经利用 AM 为非关键飞行部件（例如支架、护罩和管道系统）提供的新机会，但该方法在发动机和机身工作方面也具有优势。
这款空中客车隔板，部分打印在EOS M290和EOS M400上，比传统隔板轻45%，并且是de在粘液霉菌之后签名。“我希望在飞机发动机中看到许多新应用，尤其是与零件整合和流动优化相关的应用，”Autodesk Inc.（旧金山）制造行业战略总监 Bob Yancey 说，以 GE 的 LEAP 发动机燃料喷嘴为例。
他说，GE 的设计师为燃料找到了一条流体流动路径，解决了传统制造的燃料喷嘴的一些效率和维护问题。 AM 为流体控制设备（包括液体和空气）提供的好处是能够设计和制造使用传统制造无法创建的流动路径。结果是更有效的流体和/或热控制。
即使越来越多的添加剂被证明具有优势，该方法的倡导者仍然需要做很多教育工作。
“对于你能做什么，仍然非常缺乏知识，这是持有3D Systems Inc.（圣地亚哥）高级航空航天应用主管 Bryan Hodgson 说： “如果它是一个新零件，它可以让你有更多的设计自由度。如果它是小批量零件，则可以降低拥有成本。如果它是旧零件，它允许您以更少的投资复制相同的零件。”
EOS的碳填充PEKK用于制造空气处理管道系统，并取代传统的碳纤维叠层，在某些情况下还取代机加工铝。Hodgson 说，我们需要的是文化变革。设计师必须转变他们对零件设计的思考，并考虑增材制造设计中的所有新可能性。制造工程师需要尽早参与设计过程。
Stephen Anderson，业务开发人员雷尼绍公司（伊利诺伊州西邓迪）的增材制造经理对此表示赞同：“增材制造的真正作用是让设计师和生产工程师、制造工程师更加紧密地联系在一起，也许现在比以往任何时候都更加紧密。”
对更高速度的需求
从技术上讲，AM 需要改进和更稳健的流程，包括更多的过程监控；加大新材料研发力度；
“他们追求的是您能够以多快的速度构建零件并使其成为优质零件，”CGTech（加利福尼亚州尔湾市）的 Vericut 产品经理 Gene Granata 说。 “这是阻碍技术发展的因素之一，因为与在机加工领域制造相同零件相比，在这些机器上制造零件的速度通常较慢。因此，虽然您可以制作出色的零件和详细的零件，但在您可以提高生产率之前，生产率有点挑战。”
组件的构建只是其中的一部分
“如果我们可以提高速度，过程的实际速度，设置和准备机器的速度，后处理的速度以及从通过生产的想法，如果我们加快这些事情，它会开辟使用该技术建造经济上可行的可能性，”Grylls 说。 “目前，有许多组件在经济上是可行的，如果行业加快所有这些事情，机会就会爆炸。”
Vericut 的增材模块模拟新型混合 CNC 机床的增材和传统加工（铣削或车削）功能。应 ME 的要求，Grylls 将 SLM Solutions 的构建计算器应用于 ca其网站上的研究部分是一个由钛 64 制成的航天器阀体，尺寸为 8.74 × 8.66 × 12.21 英寸（22.2 × 22.0 × 31.0 厘米）。在 SLM Solutions 的双激光器 400W SLM 280 机器上制造该零件需要 6.5 天，而传统的模具、铸造和钢坯机加工则需要 6 个月以上的时间。
增材制造生产时间使用 700-W 双激光机将减少到大约 4.1 天； 3.2 天，400 瓦四激光器；和 2.1 天，使用 700-W 四激光器（SLM 500 和 SLM 800 可用，其 Z 轴高于 500。据 SLM Solutions 发言人称，800 应该在今年晚些时候上市）。
“有很多变量使这种类型的分析有点不可靠，但最重要的是，每个零件快 3 倍并非不合理，”Grylls 在他的结果中写道。
Scott Killian，EOS 北美航空航天业务发展经理（否vi, MI), 强调需要更多的材料开发。 “如今，我们可供选择的铝材料非常有限。它们都不符合[制造商]愿意使用的航空级铝材。所以，那里有点差距。这包括一般的增材制造粉末床平台。”
在监管方面，由于美国联邦缺乏明确的设计、材料和工艺鉴定系统，部分进展受到阻碍航空管理局 (FAA) 和欧洲航空安全局 (EASA)。这些机构承认需要一个系统，但指标表明需要数年时间才能到位。
SLM Solutions 打印了这个航天器阀门在其双激光 400W 机器上，6.5 天内由钛 64 制成的车身，co相比之下，传统的加工、铸造和机加工坯料需要六个月以上的时间。“迄今为止，航空航天零件的认证是逐案进行的，因此显然需要一个更简化和明确的增材制造成长流程，”Yancey 说。至少资格认证是在一对一的基础上进行的：“FAA 和 EASA 在这些问题上携手合作，所以无论一个发展如何，另一个都会随之而来，”他说。
你可以“用塑料制造一架完整的飞机”
多年来，金属增材制造一直专注于有限数量的材料，而航空航天业几乎没有改变这一点，据拥有博士学位的格里尔斯说
“有很多原因，但其中很大一部分只是因为对于航空航天业的人来说，他们的每一盎司工程资源都投入到‘我们如何引入这种新的技术 [AM]？'，”他说。 “如果你尝试引入一项新技术，使用已知材料来做只是一个好主意，因为它让人们感到舒适，因为他们正在处理他们真正理解的东西。”
在列表的早期添加中航空航天引入的金属是 Inconel 718 和 Inconel 625，这两种众所周知的合金在将它们结合到组件、热处理和机械加工（例如钻孔）方面。
“所以，选择那些因为早期引入是一个绝妙的主意，”Grylls 说。
在过去的几年中，随着不同的公司已经习惯了增材制造，新的铝合金和镍合金不断涌现，新的钛合金也在不断涌现。 Autodesk 与空中客车公司合作，在其 A320 中使用了一种由铝、镁和钪合金制成的内部隔板，这种合金“像钛一样具有延展性，像铝一样轻” ”，根据它的网站其开发商 APWorks 是空中客车公司的子公司。 Yancey 说，使用 scalmalloy、AM 和 Autodesk 的衍生式设计技术，空中客车公司将部件的重量减轻了 45%。该部件目前正在接受 FAA 认证流程。
EOS 还在开发新材料，包括塑料和铝。
6000 和 7000 系列铝在航空航天领域应用最广泛，但它们很难焊接，Killian 说。此外，铝因在增材制造过程中产生内部应力和开裂而臭名昭著。他说，EOS 正在寻找改变铝的化学成分的方法，并开发新的工艺技术来解决开裂问题。
EOS 还致力于为航空航天和其他行业鉴定更多类型的铝，在NextGenAM 是与汽车制造商戴姆勒和航空结构供应商 Premium Aerotec 的大规模连续制造合作的一部分。
EOS 的遗留塑料之一 FR-106，一种阻燃材料Killian 说，ant Nylon 11 是美国联邦航空局批准用于商用飞机的第一种阻燃增材制造材料。
“下一步的发展正在波音公司进行，使用高温塑料......PEEK和 PEKK，”他说。 “ALM [Advanced Laser Materials (Temple, TX)]，一家于 2009 年被 EOS 收购以推进材料开发的公司] 与波音公司合作了大约五年，以开发一种碳填充 PEKK 材料，该材料现已获得批准并刚刚开始投入生产用于去年的商用飞机。”
与 FR-106 一样，碳填充 PEKK 用于制造空气处理管道系统，并取代了传统的碳纤维叠层，在某些情况下还取代了机加工铝。此外，波音公司正在使用碳填充 PEKK 为 CST-100 Starliner 太空舱制造 600 多个以前由钛和铝制成的零件。
“看起来这些东西最终会进入太空很多零件会在 EOS 机器上做出来Killian 说。
同样在塑料方面，3D Systems 最近推出了 DuraForm ProX FR1200，这是一种阻燃的、基于尼龙 12 的机舱内塑料，具有 FAR 25.853 兼容性。 Hodgson 说，这种新塑料比标准 ABS 航空塑料轻 10%。
3D Systems 使用新塑料和新材料为迪拜航空公司阿联酋航空购买的波音 777 飞机打印了经济舱视频监视器护罩打印机 ProX SLS 500。
另一家航空公司 Metro Aerospace（达拉斯）使用 3D Systems 的 DuraForm GF（一种玻璃填充尼龙）3D 打印微型叶片，连接到其上的设备飞机的机身以减少阻力。这种塑料有时可以用来代替铝，使零件重量更轻。
“显然，你不能用塑料制造整架飞机，但在某些情况下，从铝到塑料，”霍奇森说。
工程师监控内部几何结构
Autodesk 的 Yancey 表示，除了开发新材料外，增材制造公司还强调过程监控以实时验证零件和材料质量。从监控中收集的信息最终可以用于机器分析和机器学习，以持续改进流程。
与迪拜航空公司合作阿联酋航空、3D Systems 使用符合美国联邦航空条例 25.853 的 FR1200 阻燃材料开发了机舱内部件，例如此视频监视器护罩。在大多数情况下，这包括机器上用于监视位置的传感器， Yancey 说，温度、湿度、层完整性、空隙和其他因素。目标是通过机器传感器预测材料质量排序数据。目前，测试试片通常与零件一起打印，然后进行测试以测量材料特性。他说，它们并不完全具有代表性，但在大多数情况下，它们很接近。
目标是将传感器读数和生成的机器数据与测试的材料特性相关联，以便工程师可以预测材料特性构建。从分析中，机器不断学习，并且在学习过程中更改构建参数以改进流程。
Renishaw 知道 Yancey 在说什么。
该公司最近推出InfiniAM Spectral 软件可提供有关 AM 构建过程中激光能量输入和发射的反馈。它与公司的专有硬件配合使用，其中包括在线光学器件和监测激光调制光束波长的红外光电二极管。在构建过程中，软件和硬件共同提供有关零件质量的宝贵信息。
SLM Solutions 在其双激光 400W 机器上用 6.5 天时间打印出这个由钛 64 制成的航天器阀体，而传统工具需要六个月以上的时间，坯料的铸造和机加工。通过将测量仪器放入机器中，工程师可以分析激光器产生的每个激光焊点。他们可以检查用于构建的能量是否确实存在，以及熔池的形状是否符合他们的预期。该系统会报告 AM 零件每一层的每个点，在构建组件时汇集有关组件内部几何形状的数百万个数据点。
“这对航空航天客户来说非常强大，因为它允许他们基本上，审查所有内部地理他们正在构建零件时进行测量，”安德森说。 “不是在构建之后，而是在构建过程中。”
因此，工程师可以在下一次构建时或越来越多地在同一个构建过程中纠正任何问题。
模拟还提供有关构建过程的信息。
“增材制造的一个有趣之处在于，您可以制造出看起来不错的零件，但当您看到它或对其进行压力分析时，请先看看发生了什么在内部 [检查空隙]，并确定强度属性，someti让您了解到，当前的流程并没有创造出能够像设计那样发挥作用的零件，”CGTech 的 Granata 说道。程序没有正确应用材料来构建所需的零件。在增材过程中对金属施加过多的热量也会导致变形并影响材料的特性，或者在混合机器的情况下，区域会受到冷热循环的影响。
“在 CAD 方面，模拟软件会给你分析你的构建过程，并建议你的热量积聚在哪里，并建议一些事情会失败的地方，”Granata 说。
