航空航天增材制造的商业化之路：制定公共标准是“催化剂”(2)
时间:2024-09-24 09:47 来源:南极熊 作者:admin 点击:次
当前增材制造部件使用案例
迄今为止，可以说，GE/CFM LEAP 燃油喷嘴尖端仍然是增材制造在航空领域成功应用的最突出例子。这早于大多数增材制造标准和指导文件。因此，开发和验证过程至少在喷嘴的计划投入使用 (EIS) 日期之前十年就开始了。随着技术的成熟，时间和成本都显著降低。
△3D 打印的 LEAP 燃油喷嘴。图片由GE 提供。
随着增材制造相关技术文档的增长，出现了其他几个成功案例。示例包括低压涡轮叶片(GE9X)、发动机外壳(GE 涡轮螺旋桨发动机)、执行器飞行控制装置(利勃海尔的 A380) 和推力反向器级联阵列 (柯林斯航天)。
使用增材制造制造新部件的商业案例在很大程度上受到新产品发布的影响。这种设计自由对于充分利用该技术的潜力是必不可少的。然而，新材料系统需要经过广泛审查，以保证在设计冻结时正在开发的组件在整个设计寿命（和操作飞机外壳）内具有防故障性能。这必然会增加程序风险。
△3D 打印柔性轴由七个传统制造的组件整合成一个 3D 打印部件。图片由 Liehberr-Aerospace 提供。
维护、维修和大修 (MRO) 零件遵循不同的业务案例。这些零件主要由军用替换零件驱动，尤其是对于美国国防部
(DOD) 来说，他们正在努力维护其第四代战斗机和其他飞机。事实上，飞机停飞(AOG)
对军用和商用飞机来说成本都高得令人望而却步。零件过时是一个持续存在的威胁。
然而，无论在哪种商业情况下，改变材料体系和制造方式都是一项艰巨而冒险的任务。
未来增材制造零件生产面临的挑战
在航空领域，增材制造技术在发展过程中仍面临三个基本挑战：零件成本、零件质量的一致性和零件生产速度（即制造产量）。
专用供应基地仍处于起步阶段。例如，在美国，积极参与航空航天业的金属 PBF 服务机构不到 30
家。只有十几家机构具备航空业的系列化生产资格，这需要强大的质量管理体系(QMS)（例如首件检验和零件存放过程）和所需设施的资质（例如
Nadcap、AS9100）。无论企业类型如何，采用 AM 的核心都是认真的数据管理。
增材制造的技术数据包 (TDP) 需要明确定义并精心策划，才能获得认证部件的资格。除了无数的 SDO
分类法之外，美国国家标准与测试研究所 (NIST) 还通过其
FAIR（可查找、可访问、可互操作、可重用）通用数据字典发布了重要指南。这有助于引导公众对话。
此外，在美国，政府资助的 America Makes 是 AM
研发的公私合作纽带。这与桑迪亚国家实验室、劳伦斯利弗莫尔国家实验室和橡树岭国家实验室等美国国家实验室的活动相得益彰。在欧洲，一些政府支持的研究机构致力于进一步推进
AM 研发，包括德国的弗劳恩霍夫研究所、法国的 CETIM 研究所和英国的 MTC。在欧盟治理范围内，有 Clean Sky
等项目支持更广泛的技术开发。然而，AM 的努力不如美国那么有条理。
障碍虽多，但前进之路依然漫长
仍有几个因素阻碍了增材制造的工业化，尤其是在后冷战市场经济中。最明显的是：a) 数据过剩和学术界对不断分析和优化数据集的需求；b) 资本市场在资助研发方面发挥的核心作用及其对健康投资回报率 (ROI) 的急躁；c) 美国和欧洲的制造专业知识和基础设施的侵蚀。
除了公共共识标准外，SAE 还努力减少对增材制造供应商进行资格审查的时间和成本。SAE
正在支持威奇托州立大学国家航空研究所 (NIAR) 制定资格预审框架。这项工作利用了 SAE
AMS7032（基于熔合的金属增材制造机器资格）以及 SAE 附属的 NADCAP 合格制造商名单 (QML)。
像“美国制造”这样的公私合作伙伴关系 (PPP) 是促进技术和市场发展的另一种机制。但也许西方社会是时候开始重新审视其在工业材料和制造业研发方面急躁、投资者驱动的投资理论了。工业基础需要时间来发展。
工业产品开发不太可能再回到 1940 年至 1970 年代的匆忙步伐。不过，以某种方式平衡市场力量可能会推动增材制造走向其商业化的临界点。太空计划的重新兴起，其全新的设计、对新材料的重视以及巨额的预算，也可能有所帮助。
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