在增材制造 (AM) 的所有潜在应用中，航空航天和国防工业中的应用提供了最大的机会。更轻便、更符合空气动力学的结构以及卓越的材料特性是其中一些较为明显的结构。但减少零件数量并因此简化曾经复杂的组件的能力对供应链具有深远的影响。
波音 CST-100 技术人员在吊装过程中密切关注航天器乘员舱。打开的端口用特殊的低粘性胶带覆盖，以防止异物损坏。除此之外，AM 采纳者现在可以使用大量先进材料——其中许多很难通过传统制造方法使用——而且它变得越来越明显，AM 可能升盟友将我们带到以前没有人去过的地方。
AM 研发公司 Castheon 的创始人兼总裁高友平希望做到这一点。
一位技术研究员和 AM在 Aerojet Rocketdyne 担任技术负责人超过 20 年之后，他决定在 2018 年将 AM 事务掌握在自己手中。从那时起，他和他的团队一直专注于金属粉末床融合 (PBF) 的基础知识，以及探索 AM 生成的微观结构和冶金性能。
Gao 对耐热高温合金 (HRSA) 和一组称为难熔金属的特殊元素的 3D 打印特别感兴趣。前者广泛应用于燃气轮机和火箭发动机，但后者最有可能改变人类将飞机、航天器和武器从 A 点推进到 B 点的速度和方式。
这是因为，虽然 HRSA（例如 Inconel 718 和 Hastelloy X）以它们的极端耐热性和耐磨性，无法与高瞄准的金属相提并论。差远了。铬镍铁合金在 871°C (1,600 °F) 左右开始失去强度并且推荐的工作范围远低于此，而钽和钨等难熔金属在许多冶金学家认为地狱般的温度下仍能保持坚固。
Youping Gao和他的团队在 Aerojet Rocketdyne，他专注于金属粉末床熔合的基础知识，以及增材制造生成的微观结构和冶金特性的探索。例如，铌——他最喜欢的材料之一——的熔点为 2,477°C（ 4,491°F)，几乎是哈氏合金 X 的两倍，而纯钨在熔化前可承受 3,422 °C (6,192 °F)。
为什么这很重要？正如任何燃气轮机工程师都会证明的那样，更热的操作额定温度是发动机效率的圣杯。正如 Gao 解释的那样，基于激光的 PBF 增强了难熔金属的冶金性能，使它们能够在曾经被认为是禁区的环境中发挥作用。
RAMPTing up
“当你打印这些材料，它们通常比锻造或锻造的同类材料更坚固、更坚硬，”他说。 “激光促进了具有奇妙特性的过饱和固溶体的产生，这些特性是其他方法无法实现的。当您将其与 AM 生成以前无法制造的形状的能力相结合时，它为航空航天业带来了一些非常令人兴奋的可能性。”
Gao 并不是唯一一个追求新颖 3D 打印部件的人和材料。美国宇航局马歇尔太空飞行中心 (MSFC) 的高级推进工程师保罗·格拉德尔 (Paul Gradl) 指出，该机构使用了 GRCop，这是一种铜铬铌合金，具有高导电性和高强度，使其成为液体火箭发动机燃烧装置和类似“高热通量”应用的理想选择。
作为其 RAMPT（快速分析和制造推进技术）项目的一部分，NASA 已投资定制- 内置的定向能量沉积 (DED) 机器能够在同一构造中打印多种金属。
其使用的一个显着示例是构建 65% 比例的 RS-25 喷嘴，尺寸为 16 英寸（40.64 厘米） ) 直径 72 英寸（182.88 厘米）高，其中一个充满了完整的冷却通道，由离散的铜层、合金 625 和其他航空级合金组成。
建造它需要 90 天，一个直到 Gradl 解释说，如果使用传统方法，测试喷嘴可能需要长达两年的时间才能完成，这一成就似乎并不令人印象深刻。虽然缩短的制造周期带来了各种成本和交货时间的节省，但在这种情况下，它是最终的解决方案管道的性能与以星际旅行为目标的人们最相关。
Northrop Grumman 的最新突破之一是具有不连续碳纤维的静电耗散聚醚醚酮，这导致了飞机和航天器设计中令人兴奋的进步。“在我们的 DED 之间和激光粉末床打印机，到目前为止，我们已经建造了大约 30 到 50 个燃烧室，并且已经实现了大约 30,000 秒的热火时间，这在我们的世界中是一个相当大的问题，”Gradl 说。 “我们在各种环境、各种燃料和操作条件下进行了测试。就设计复杂性以及我们可以将其推广到何处以及推广到何种程度而言，我们确实让这项技术经受住了考验。这是一个非常成功的计划。”
道路 to 认证
增材制造很酷，但是所有这些研究和开发对那些从事航天飞行的人来说意味着什么？
Alison Park，NASA 工程部材料和增材制造副技术研究员和安全中心 (NESC) 表示，该机构的工作产生了非常明显的涓滴效应，最显着的是 NASA 最近发布的增材制造标准 NASA-STD-6030“航天系统增材制造要求”。
“NASA 一直致力于为 AM 制定内部标准，以便在行业标准和实践标准不断发展的同时提供完整和通用的基础，”Park 说。 “我们还与 AM 标准开发组织 (SDO) 保持密切联系，以帮助他们在 AM 社区内就最低要求达成共识，因为 NASA 对 AM 标准化非常感兴趣。 NASA 在与 ae 合作和支持方面处于独特的地位整个航空航天工业。”
这对诺斯罗普·格鲁曼公司先进和增材制造研究员 Eric Barnes 来说是个好消息，他表示当前的认证过程可能令人沮丧。
“增材制造的主要好处之一是它的速度，因为它可以让你非常快速地开发产品，但这在一定程度上受到产品或材料鉴定延迟的阻碍，”他说。 “尽管如此，它通常比替代方案要快得多——例如，采购大型锻件可能需要一年，更不用说随之而来的工具成本了。”
渡过低谷
和他的同事一样，Barnes 自 30 多年前成立以来就一直涉足增材领域。他见证了 3D 打印从一种仅使用低性能快速原型制作的技术发展而来树脂到现在可以用金属和聚合物生产功能强大的最终用途部件，以及因此，增材制造已成为广泛航空航天应用的首选制造解决方案。
在他看来，增材制造即将进入黄金时代。巴恩斯说：“在 Gartner 炒作周期的背景下，我们已经度过了幻灭的低谷，并且正在走向生产力的高原。” “Northrop Grumman 及其客户现在能够更容易地采用增材制造并准备进入生产力的高原，因为我们在过去几年中收集了所需的数据并生成了确保长期使用增材制造所需的统计信息航空环境中的制造。”
其中一些工作涉及开发更先进的过程监控系统。这些将在不太可能发生的产品故障事件中提供事后分析所需的各种详细构建数据，而且还将减少对昂贵的 CT（计算机断层扫描）和其他 NDT 的需求（无损检测）目前在飞行关键部件上执行。
Barnes 说：“在未来，您可能能够完全消除 NDT。全面的构建数据还将有助于缩短确认时间，如果您能够实时了解构建室内发生的所有事情，机器学习和人工智能系统可能能够调整工艺参数，这样您就永远不会坏零件。”
维修备件
Dan Braley 提出了另一个考虑因素，在将航空航天产品快速、安全且经济高效地推向市场的竞争中，这个因素经常被忽视：
波音团队成员将 CST-100 Starliner 推到佛罗里达州卡纳维拉尔角美国宇航局肯尼迪航天中心发射轨道飞行试验 2 之前的一个区域进行加油。一个混蛋作为波音全球服务公司的技术研究员和增材制造技术中心，Braley 负责确保从商用客机到战斗机和垂直升降直升机的所有设备在部署后通过增材制造保持运行。他将这项工作称为“用于备件和维修的增材制造”。
“这一切都是为了帮助波音的各种项目和客户让他们的飞机保持在空中，”Braley 说。 “例如，如果他们无法获得某些组件，或者主要供应商倒闭，或者飞机上的某个部件需要维修，我们会想方设法让他们摆脱这些困境。
“为了以最方便的方式实现这一目标，需要检查各种先进制造，无论是混合 CNC 加工、AFP（自动纤维铺放）、冷喷涂 (CS) 技术，还是当然，金属和聚合物基ed 3D 打印。”
Braley 指出，至少在一种情况下，这些增材制造零件的性能优于它们正在更换的旧零件。
在其 2017 财年增材制造报告中美国国会、国防部列出了一系列与 AM 相关的活动，其中包括对当时几乎闻所未闻的技术的首次官方认证。
2003 年，美国空军无法找到常规制造的更换了大约十二个因腐蚀疲劳而失效的 F-15 挂架肋骨。他们决定对 DED 技术进行测试。根据报告，“这些部件今天仍在飞行，没有报告现场问题。”
在这种情况下的供应商？波音公司。
“那些塔架是重载的关键安全物品，”布雷利说。 “空军无法找到任何替代品，并且有多架飞机停飞。我们与他们合作以证明您的解决方案使用增材制造，生产钛部件的时间远远少于钛锻件供应商提供可行解决方案所需的时间。这是一个很好的例子，说明增材制造可以在让坠毁的飞机快速恢复服务方面发挥作用，但更重要的是，它是增材制造和其他类型的先进制造为行业带来的巨大价值的一个很好的例子。”
