航空航天增材制造的商业化之路：制定公共标准是“催化剂”
时间:2024-09-24 09:47 来源:南极熊 作者:admin 点击:次
| 导读：众所周知，商业航空业对把握风险的要求非常高。军事和太空系统则不然。在 1940 年至 1970 年的技术革命时代，航空航天引领了各种新型材料和制造系统的发展。例子包括钛、高温合金、单晶熔模铸造、等温模锻、真空电弧重熔，甚至碳纤维复合材料的商业化。每一项都需要大量的经验证实。这些材料鉴定测试成本高昂，进展缓慢——开发一种新型航空航天合金的成本可能在 200 万至 1000 万美元之间，耗时长达 10 年。因此，有人认为，航空航天增材制造 (AM) 的商业化进程已经落后，但这是有充分理由的。本文讨论了公共共识标准在促进这一进程中的重要作用。
自 20 世纪 80 年代以来，西方政府在商业研发 (R&D)
中的作用逐渐减弱。政府资助的工业实验室规模不断缩小，监管机构似乎更注重消费者保护而非研发。大学参与和公共共识标准开发组织 (SDO)
的努力弥补了部分研究不足和知识产权 (IP) 转让。除了监管支持外，美国和欧洲的各 SDO 在全球 AM 工业化中发挥了重要作用。
SDO 有助于确保产品质量和安全。此外，它们通常有助于提高生产效率、促进全球供应链完整性并降低总体项目成本。这些共识文件最终有助于降低在航空航天等风险规避行业采用新材料系统的风险。增材制造也不例外。
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金属增材制造（AM）——尤其是粉末床熔合 (PBF)——本质上很复杂。成功应用于关键应用需要公共和私人利益相关者之间的合作。除了公开的设计手册外，共识标准对这一过程也至关重要。理论上，标准应该提供足够灵活但强大的框架，以确保以较低的成本保持一致的质量和工艺效率。然而，制定高质量标准的过程并非易事。
△EOS 和 i3DMFG 在 RAPID+ TCT 2024 上达成交易。
公共共识标准要求原始设备制造商 (OEM)（通常控制设计）与其供应商之间共享一定数量的 IP。蓬勃发展的增材制造“服务机构”也提供了重要的视角。这些小型企业中的许多都拥有打印参数开发、构建布局最大化和零件制造设计 (DfM) 优化方面的独特机构知识。
共识标准制定流程力求平衡这些不同利益相关者的资源和优先事项。大型 OEM
及其主要供应合作伙伴（即一级供应商和超级二级供应商）拥有充足的资源（合格的人员、设备和程序），而较小的组织（即服务机构和三级机械车间）通常缺乏规模和认证相关的专业知识。在管理复杂的工作包时，这可能是一项重大挑战。一个类比是传统的“按规格制造”与“按图制造”招标——通常缺乏工程深度，较小的公司往往更喜欢后者，即更具规范性的合同。
公开参考文献
航空业至少有两种公共机制来促进新材料系统的采用——设计手册和共识标准。两者都定期支持联邦法规。
20 世纪 30 年代末，美国军方发布了金属手册，最终被称为《金属材料性能开发和标准化/Metallic Materials PropertiesDevelopment and Standardization》（MMPDS，https://www.sae.org/publications/books/content/b-991/），以及聚合物/复合材料手册/CompositeMaterials Handbook （CMH-17，https://www.sae.org/publications/books/content/r-540.set6/）。目标是让这些指南成为飞机材料可接受性能的唯一来源。这两本书已成为军用和民用飞机及发动机不可或缺的参考资料。这些书籍定期更新，并提供材料的“允许值”（即性能），这些“允许值”与腐蚀和温度效应等影响因素一起用于计算结构的安全裕度。这是结构设计中的关键过程。
 
基于共识的标准是对这些手册中提供的数据的补充。对于增材制造，标准涉及零件生产过程的关键方面，从初始材料处理和材料及工艺控制参数到零件无损评估 (NDE) 和零件鉴定/认证。
从历史上看，SDO 是工程协会，它们响应了持续而广泛的在竞争前发布技术信息的需求。有几家相关的全球 SDO
参与增材制造。SAE International就是一个例子。自 2015 年增材制造材料委员会成立以来，它已经发布了 38 份文件，另有 50
份文件正在制定中，重点放在资格认证上，以支持全球航空航天业采用增材制造。
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