航空航天希望借助增材制造来提高效率、减少浪费。
航空航天是增材制造的早期采用者，而且热情高涨。该技术已被用于制造飞机内部的支架。它已被用于打印发动机部件，大大减少了部件数量。它甚至被用于生产用于测试新技术的 21 公斤重的无人驾驶飞机。
布拉格发动机试验台上的 GE 催化剂。由于采用了增材制造技术，Catalyst 将 855 个传统制造的零件减少到仅 12 个 3D 打印零件。“使用我们的 3D 技术制造的零件通常用于航空航天产品，”ExOne 首席技术官 Rick Lucas 说，一家位于宾夕法尼亚州北亨廷顿的粘合剂喷射技术公司。例如，西科斯基 CH-53 重型直升机使用由 ExOne 3D 打印工具制成的复合空气管道。
好处是双向的。航空航天公司的兴趣也促进了 3D 打印的进步。
“世界各地的空中客车公司都在讲述他们的故事，”T.A. 总裁 Todd Grimm 说。 Grimm & Associates，Edgewood，Ky.，一家增材制造咨询公司。 “它给了我们一个推动，一个推动。它经过验证，这使我们能够更加认真地对待要求更高的应用程序。航空航天对添加剂的功能有着强烈的需求。”
“大量废料”
航空航天出于各种原因被添加剂所吸引。一方面，该行业广泛使用昂贵的金属，例如钛。在传统的减材制造中，超过 90% 的材料都被切掉了，导致了一个严峻的购买率。 3D 打印可实现新形状，这意味着制造的零件更少。通过打印，可以减少浪费。
“他们必须使用大量的钛，”位于田纳西州橡树岭的橡树岭国家实验室 (ORNL) 制造研究小组组长 Lonnie Love 说。你会得到很多废料。”
此外，他说，“钛在切削工具方面是残酷的。这是停机时间和模具成本……钛很难加工，但很容易打印。”
3D 打印也被视为使用更轻材料的一种方式。除了钛之外，此类材料还包括铝、碳纤维和复合材料。对于某些零件，重量可以减少大约一半。
“轻量化至关重要，”Love 说。 “越重的东西，让它浮在空中所需的能量就越多。”他补充说，航空航天业“愿意为增材制造零件支付高价”。 “所有的航空航天公司都做了计算，并表示增材制造是我们的目标具有竞争力。”
位于波士顿的通用电气公司一直是最杰出的添加剂采用者之一。 GE Aviation 和 CFM 是 GE Aviation 和 Safran Aircraft Engines 的 50-50 合资企业，有四个 3D 打印部件获得了美国联邦航空管理局的认证。它们是用于 GE90-94B 的 T25 传感器、CFM LEAP 燃料喷嘴尖端、GEnx-2B 电动开门系统 (PDOS) 支架和 GE Passport 油气分离器。
燃料喷嘴系统CFM LEAP 发动机于 2015 年在阿拉巴马州奥本的一家工厂首次投入生产。它是首批因 3D 打印而受到宣传的航空航天系统之一。去年，该工厂生产了第 30,000 个燃料喷嘴头。该操作还使 GEnx PDOS 支架。
空中客车雷神，通过 3D 打印制作的无人驾驶飞行器ng，在试飞期间起飞。GE 还在开发 GE Catalyst，这是一种涡轮螺旋桨发动机，将 800 多个常规零件组合成 12 个，以及 GE9X，它将 300 多个常规零件组合成仅 7 个 3D 打印部件组件。该公司表示，它已经确定了 80 多个用于 3D 打印的其他部件。
根本性变化
“GE Aviation 的添加剂从引入大量新产品开始，[但]也俄亥俄州 Evendale 的 GE Aviation 发言人 Nick Hurm 在一封电子邮件中说。
“添加剂为 GE 工程师提供了全新的创作自由度，从根本上改变了我们进行设计的方式，”他补充道。 “制造成本与设计复杂性之间的范式已经被颠覆。借助增材制造，设计针对性能进行了优化。”
GE 表示 3D 打印可以加速零件生产和测试G。由于更快的零件输出，该公司提前六个月完成了催化剂燃烧器试验台测试。
GE 还对该技术进行了投资，收购了德国利希滕费尔斯的 Concept Laser GmbH 和位于 Mölnlycke 的 Arcam AB 的多数股权，瑞典。 “随着 GE Additive 的发展，GE 的业务可以在数小时而不是数月内提供反馈并进行调整，”Hurm 说。 “随着我们继续发展增材工程和制造能力，这些投资使我们成为更好的增材设备供应商。”
Love of ORNL 表示，GE 为推动 3D 打印在航空航天领域的发展做了很多工作。 “我向通用电气致敬，”他说。 “他们建立了一支了解整个供应链的强大工程师团队。”
THOR Soars
总部位于荷兰莱顿的飞机制造商空中客车公司是另一家被使用 3D 打印。 2015年起，空客进行试飞它的 THOR（在现实中测试高科技目标）小型无人驾驶飞机。其大约 90% 的结构部件是由塑料聚酰胺粉末 3D 打印而成。空中客车公司将 THOR 描述为“一个平台，可在真实飞行条件下实现不同技术的低风险和快速开发。”
空中客车公司利用增材制造来加快开发 THOR 的速度。打印 60 个结构部分用了七周时间，组装飞机又用了一周时间。
该公司还在其他方面扩大了添加剂的使用范围。五年前，空中客车公司开始使用 3D 打印或所谓的增材制造 (ALM) 制作支架。
GE 的 Catalyst 发动机在布拉格的 GE Aviation 工厂接受测试。“这是迈向进步的长期战略的第一步空中客车副总裁兼增材制造平台负责人 Jerome Rascol 说：“我们将尽快引进 ALM 技术。 “在过去的五年里，空中客车公司逐渐增加了 ALM 在批量生产和在役飞机中的应用数量。”
该高管表示，该公司已在飞机上生产和安装了超过 70,000 个打印部件。空客飞机。大多数部件采用聚合物打印，但越来越多的部件采用钛和镍基合金打印。
备件
空中客车 A350 XWB 上采用聚合物制成的打印备件据空中客车公司称，系列飞机。部分空客A320neo和A350 XWB试验机配备了金属打印的机舱支架和油管。该公司表示，更多金属部件正在认证过程中。
空客使用的特定添加剂技术包括长丝沉积和粉末床聚合物技术、金属粉末床和金属线定向能沉积。
为了现在，这家飞机制造商对可用于 3D 打印的材料数量感到满意。 “在航空工业中使用 ALM 的资格工作在成本和时间方面都非常苛刻，”Rascol 说。 “因此，空中客车的重点是在一些我们已经确定了价值创造机会的知名金属合金上引入技术。”
空中客车正在与 Autodesk 的衍生式设计合作，该设计使用人工智能为 3D 打印和其他制造应用重新设计零件。
一名工人在调整 3D 打印支架组件。2015 年，空中客车公司介绍了它所谓的“仿生隔断”，一种金属 3D 打印墙和跳椅支撑结构，将乘客舱隔开来自飞机厨房的折磨。该隔板比传统制造的隔板轻约 45%。空中客车打算为其 A320 飞机安装隔板。
但是，空中客车预计金属 3D 打印的成本会比现在更快地下降。 “空中客车公司希望将其应用到正在飞行的飞机上，”纽约 Autodesk Research 的主管大卫·本杰明 (David Benjamin) 说。 “我们决定我们可以做一个稍微修改的设计，它具有许多相同的好处。”
第二个设计要求 3D 打印隔板的塑料模具，该模具将使用已经合格的合金铸造航班。本杰明说，模具仍然允许更复杂的形状。他补充说，第二版隔板正在进行认证过程。
航空航天用新金属
增材制造公司正在努力满足航空航天市场的需求。例如，EOS，一家使用 d 的工业 3D 打印机制造商直接金属激光烧结，已开始引入更多用于印刷的金属。
“我们在过去五年中推出了另外 10 种金属，”航空航天业务发展经理 Scott Killian 说对于 EOS。 “数额不大。你想确保你能制造出高质量的零件，而这总是充满挑战。开发它需要时间。”
对于 EOS 来说，一个关键的航空航天市场是火箭发动机。一个客户是 Launcher，该公司成立于 2017 年，旨在开发用于发射卫星的火箭。去年，Launcher 成功试射了一台在 EOS 机器上打印的 3D 打印铜合金发动机。
EOS“在发动机开发的各个步骤中与他们合作，”Killian 说。 “他们希望在未来制造非常大的有效载荷引擎。”
抛光双金属火箭发动机，在 EOS M 290 金属 3D 打印机上使用铜-铬-锆合金进行 3D 打印。火箭的体积很小。越来越多的私营公司开始涉足火箭。 Killian 说 3D 打印加速了发展。
“他们今天就可以做出设计，也许一两周后，我实际上可以在我的办公桌上放一个零件，（并且）我们可以用它做一些测试， “ 他说。火箭行业“现在看起来非常令人兴奋。”
每一磅都很重要
Killian 表示他无法公开透露的另一位 EOS 客户能够通过 3D 减轻重量印刷。 “他们有一个铝制小盒子，放在卫星内部，”他说。 “当我说小盒子时，我说的可能是一条面包那么大的东西。他们用添加剂从那个小盒子里拿走了大约 20% 的重量。 “那也许不是更多 t一两磅，但当你谈论有效载荷时，每一磅代表数千美元。”
ExOne 还活跃于航空航天领域。自 2002 年以来，ExOne 的 Sand 3D 打印机就进入了包括航空航天在内的工业市场。它们制造用于金属铸造的模芯。 “您只需设计一次模具，”ExOne 首席技术官卢卡斯说。 “获得好的零件的时间从数周和数月大幅减少到数天或数小时。”这允许快速设计迭代，除了增加复杂性而无需额外成本和没有模式存储。
他补充说，代工厂正在“找我们”。他将 3D 打印砂型铸造描述为“已被积极采用。”
冲洗工具
ExOne 发明了冲洗工具，用于复合材料（包括碳纤维和玻璃纤维）叠层的牺牲工具复合材料。 ExOne 开发了一种工艺，可将 3D 打印工具清洗干净第水。材料在高达 180oC (356oF) 的温度下仍保持水溶性。该工艺用于为西科斯基制造复合材料，西科斯基是一家飞机制造商，也是洛克希德马丁公司和皇家工程复合材料公司的子公司。 ExOne 还提供全系列金属 3D 打印机，可直接打印 Inconel 718 等金属。它还可以打印碳化硅等陶瓷。
在增材激光机中制造的零件。“我们'已经能够穿透[航空航天]，”卢卡斯说。对于航空航天，“你往往会有更复杂的铸件。我们与 Sikorsky 合作了很多。这确实推动了您的能力。”
预计未来五年将取得更多进展。 EOS 的 Killian 说：“它将被测试、测试和重新测试。” “我开始看到它现在打开了。 （增材）供应链在未来五年内确实会增长。”
空中客车公司的 Rascol 表示，这家飞机制造商“将按照其计划逐步扩展应用领域和相关的价值创造机会.与传统技术相比，竞争力和市场份额将随着新应用的兴起而逐步增长。”
ORNL 的 Love 表示，他预计 3D 打印在航空航天领域会变得更大。 “对我来说，大型结构部件是一些公司开始深入研究的领域，”他说。 “最主要的是人们对航空航天业的信心不断增强。添加剂不是昙花一现。确实会发生巨大的变化。”
