近日，空客在欧特克大学（Autodesk University）揭示了双方在创成式设计应用领域取得的进展，并且透露了双方此前合作开发的3D打印仿生机舱隔离结构最新成果。

 以更经济的方式实现生产

空客正在开展的一部分工作是重新构想飞机的多个结构部件， 应用欧特克的创成式设计来开发超越性能与安全标准的轻量化飞机零部件。零部件的每一次减重都意味着飞机燃油消耗量的下降，因此，通过创成式设计实现轻量化零部件创新也意味着减少航空旅行对环境的不利影响。除了飞机零部件的设计优化，空客也在寻找优化制造流程与制造空间的方式。

早在2015年，空中客车（Airbus）就推出了首个通过创成式设计开发的轻量化零部件，即3D打印业界所熟知的轻量化仿生机舱隔离结构，该结构是采用高强度轻质铝合金材料与粉末床激光熔化3D打印技术制造的，用于空客A320机舱中，起到分隔客舱与后部食品准备区的作用。

空客工作人员测试3D隔离结构放置位置。来源：Autodesk

在最初仿生机舱隔离结构的设计中，空客希望在同等强度的情况下，比传统设计重量减轻45％。当时，空客预计如果该结构在其未完成的A320飞机订单中应用安装，每年将减少50万吨的二氧化碳排放量。

空客表示，最初的目标是通过金属3D打印技术与轻质金属材料制造这一仿生隔离结构，但是由于制造市场和材料要求方面的一系列可变因素，空客认为需要使用替代性的技术来实现这一创成式设计结构的制造，而与此同时，欧特克的创成式设计技术也更加成熟，现在能够在产品开发的设计阶段针对多种先进制造技术进行设计优化。

根据3D科学谷的市场观察，空客寻找到的新制造解决方案为3D打印与铸造相结合的技术。空客通过创成式设计软件来设计机舱隔离结构的3D打印塑料模具，然后通过此模具铸造合金材料。空客表示，新一代仿生隔离结构与上一代金属产品一样坚固、轻巧，并且能够更经济地进行大规模制造。

目前新一代设计的原型已经投入生产，空客希望在2019年底之前完成。一直与欧特克合作的空客设计师提到，这项工艺和技术已经发展到能够以更低的成本制造多个单元的阶段。

3D打印创成式设计的VTP部件。来源：Autodesk

除了以上已进入生产阶段的仿生隔离结构，空客还在利用创成式设计与3D打印技术探索更多的飞机结构部件的重构方式，包括重新设计A320飞机的垂直尾翼（VTP）前缘。飞机VTP（或垂直稳定器）作用是提供方向稳定性，并减少由左右移动引起的空气动力学效率低下的现象。创成式设计软件能够提供数百种VTP 设计方案供空客进行评估，这些设计方案都是满足刚度、稳定性和质量要求的。

在飞机结构件创成式设计中取得的积极进展，为空客在更多业务领域应用该技术提供了动力。根据3D科学谷的市场观察，空客已开始思考如何将创成式设计应用到建造、布局与工作流程中。

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近日，利勃海尔航空航天公司宣布已开始为空客3D打印用于批量生产的零部件。第一批利勃海尔将要供应的飞行零部件是空客A350 XWB的前起落架支架。

图：工作中的3D打印机©Liebherr

 走向生产的支架

利勃海尔在过去几年中与空中客车公司密切加强3D打印技术领域的合作，这些支架的生产代表着利勃海尔与空客在增材制造领域合作的里程碑。而利勃海尔计划在不久的未来生产更复杂的零部件，以充分利用增材制造的潜力。

图：利勃海尔开发的前起落架传感器支架 -©Liebherr

根据3D科学谷的了解，利勃海尔航空航天公司是航空业系统的领先供应商，是利勃海尔集团内的11家分部控制公司之一，利勃海尔航空航天公司负责为民用和军用部门生产航空产品，包括飞行控制和驱动系统，起落架和空气管理系统，以及齿轮，变速箱和电子设备。这些系统部署在宽体飞机，单通道和支线飞机，公务机，战斗机，军用运输机，军用训练机，民用直升机和战斗直升机上。

 3D科学谷Review

根据3D科学谷的市场观察，空客在引入3D打印应用方面有着两大特点，一是逐步扩展，其应用发展轨迹从最初原型制造，到实现可行性高的3D打印零部件的生产，到实现更多核心零部件的3D打印生产。二是合作心态，空客尊重合作伙伴的价值，在获得可批量生产的3D打印零件验证和FAA许可后，继续保持与合作伙伴的合作关系。

而当前空客实现量产的3D打印零件基本上包括通过拓扑优化设计与3D打印使航空航天零部件变得轻量化，以及通过3D打印技术制造更多具有高度功能集成化的零件。

而空客与利勃海尔在3D打印方面的合作由来已久，2017年3月30日，空客装载了首个3D打印液压件的A380飞机已试飞成功，参与项目的成员证是空客的一级供应商利勃海尔集团。

这个项目让空客看到了通过3D打印提高液压零件性能的机会。不过这个零件的制造过程是充满探索与曲折的，扰流板液压件是一个关系到飞机安全的关键部件，它的作用是控制空气断路或者扰流板。

3D打印液压件的研发和测试过程是漫长的，在七年的研发过程中，项目组一直针对金属3D打印这一增材制造技术而进行扰流板液压件的优化设计。3D打印的材料是Ti64钛合金，3D打印液压件的明显优势是轻量化，其重量相比原来液压件减轻35%。在性能方面，3D打印的液压件使液压系统的效率得以优化，产生更少的热量，降低噪音，同时对液压动力的要求更少。而液压系统效率的提升，将为飞行带来附加效益，例如减少空气阻力以及优化飞机的燃油效率。

通常为了保证飞行安全，即使是由传统制造方式制造的液压零部件也需要经过1200万个测试周期，3D打印液压件也同样需要经历这样一段测试周期之后，才能够进行飞行测试。利勃海尔与2016年年底向空客交付了3D打印液压件。未来，他们将建立一个增材制造工厂，量产这些液压件。

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 实心与网状的结合

典型的机身在纵向上被分成所谓的框架站，每个框架站包含一个由几个框架段构成的框架。通常，4到8个这样的框架段在圆周方向上连接在一起以形成一个框架。存在具有不同横截面形状的各种类型的框架，通常这些框架在辊轧成形工艺中由金属板形成。

空客的一个构思是形成在某种程度上以开放的网状结构为特征的结构部件，以成本有效的方式减小通用结构部件的重量，同时保持部件的足够刚性。至少一个加强部分为刚性网格部分，而至少一个加强部分形成为实心部分。

可以根据结构部件的特定区域中的预期载荷情况来优化网格部分的配置和形成：以固体方式形成结构部件的负载受影响区域或高应力部分，而在负荷较小的区域中，结构部件可以包含有轻质网格。例如，金属网比金属板轻得多，并且具有一定的刚度。这种网状结构部件可以节省重量和燃料，因此可以帮助降低制造和运营成本。

利用现代计算方法，例如拓扑优化，可以预先确定结构部件的预期应力载荷，并且结果可以用于优化实心部分和网格部分的配置，以实现刚度与重量的最佳平衡。

结构部件可以由金属整体形成，通过AM-增材制造工艺，可以以相对简单的方式生产高度复杂的二维或三维金属部件，这是整体形成由实心和网格部分组成的结构部件的可行方式。原则上，AM工艺也可用于加工复合材料从而形成整体结构部件，例如碳纤维增强复合材料。

除了碳纤维增强复合材料，结构部件可以基本上由铝或钛形成。铝合金由于其耐用性和可靠性而广泛用于飞机制造中。钛或钛合金具有高耐温性和耐腐蚀性，并且与其他金属相比，尽管密度相对较低，但具有高强度。因此，在飞机或航天器的高应力部件的情况下使用钛或钛合金比较普遍。 当然可以使用钛合金和铝合金的组合，例如实心部分可以由钛合金形成，而网状可以由便宜得多的铝合金制成。

而在设计过程中，根据预定应力载荷进行应力计算之后，可以使用拓扑优化或类似方法来优化结构部件。因此，对于给定的一组设计要求，可以找到最佳部件设计布局，然后通过3D打印的工艺来制造完成。

 3D科学谷Review

根据中国航空报，2018年空客旗下Stelia航宇公司的工程人员通过电弧增材制造（WAAM）技术创造出了世界首个自加强机身壁板，他们以增材制造集成加筋结构以提供结构加强。工程人员使用的是丝束电弧增材制造，将加筋铝丝沉积到壁板的内表面。之前，机身内部网状的加筋结构均是通过手工紧固或者焊接上去的。

由于该项目的成功，STELIA对电弧增材制造（WAAM）将最终取代飞机机身面板的传统生产方式，消除对某些进一步固定和焊接的需求表示乐观。

相比于使用螺栓和螺钉将加强结构固定到机身面板上，通过拓扑优化，STELIA R＆T的设计师和工程师创造了一个机身骨架，将加强结构直接3D打印到面板表面，不仅避免需要更多零部件，3D打印面板加强筋不易受到衔接薄弱处的影响，从而创造出更稳定的飞机机身。

凭借其专有的电子束增材制造（EBAM）技术，Sciaky也一直在研究3D打印大型飞机零件的能力。Sciaky的电子束熔融增材制造（EBAM）技术主要是由金属丝作为打印材料，并使用一种功率强大的电子束在真空环境中通过高达1000℃的高温来融化打印金属零部件。这种电子束枪的金属沉积速率从一小时几磅金属材料，到一小时20磅不等。电子束定向能量沉积、逐层增加的方法创建出来的任何金属部件都近乎纯净，并且不需要任何类型的打印后热应用处理。该技术也可以用于修复受损的部件或者增加模块化部件，并且不会产生传统焊接或金属连接技术中常见的接缝或者其它弱点。

在产业化领域，空客的Premium Aerotec工厂正在通过Norsk Titanium的快速等离子沉积™技术进行A350 XWB飞机上的钛合金零件的生产。此外，库卡还为英国核电站承建了大型核电站零件制造系统。国内王华明院士带领的技术团队自主研发的重型金属3D打印技术，以金属丝材与辅料为原材料，在电熔冶金的环境下，利用高能热源熔化原料丝材，根据成形构件的分层切片数据，采用计算机控制，实现原材料逐层快速激冷凝固堆积，最终获得超低碳、超细晶、组织均匀、综合力学性能达到甚至优于传统锻造工艺成形的金属构件。

而在应用开发方面，根据3D科学谷的市场研究，我国的攀钢也在双金属的电子束熔丝成型增材制造方面进行了积极的探索研究。根据3D科学谷的了解，攀枝花钢铁研究院利用分层处理软件规划两种金属打印件的层厚尺寸以及沉积层的宽度尺寸，按先打印里层、后打印外层的先后顺序进行路径规划，探索出两种不同材料金属成型的方法，效率高，冶金质量好。

那么究竟3D打印技术（尤其是DED技术）将如何影响飞机机身的制造，让我们保持持续关注与研究。

参考资料：US9988136B2 structural component and method for producing a structural component-airbus

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签约仪式上，西北工业大学和空中客车公司宣布下一步将建立“西北工业大学—空中客车公司增材制造联合实验室”。空客（北京）工程技术中心总经理程龙（Michel TRAN VAN），西北工业大学凝固技术国家重点实验室主任、铂力特公司董事长黄卫东教授，西北工业大学材料学院副院长、金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室主任林鑫教授，科学技术研究院基础研究部部长苏海军教授，国际合作处副处长张富利教授，铂力特公司总经理薛蕾博士等出席签约仪式。

空客（北京）工程技术中心总经理程龙（左），铂力特总经理薛蕾（右）

空中客车公司与铂力特合作的“四激光器打印飞机产品研发”科研合作项目将测试使用铂力特自主研发的大尺寸激光选区熔覆设备BLT-S500打印飞机结构件的能力，旨在为大尺寸飞机结构件的轻量化设计和快速成形提供技术方案支持。

空中客车公司与西北工业大学合作的“飞机高性能功能梯度材料激光增材制造技术研发”科研合作项目，将采用西工大所发展的激光立体成形技术，开展飞机用高性能钛基功能梯度材料及其制造技术研发，以期提升大型民用飞机构件在极端热、力载荷条件的力学性能及服役寿命，并为此类结构件创新构型、轻量化结构的设计制造奠定基础。

空客（北京）工程技术中心总经理程龙（Michel TRAN VAN）表示：“很高兴与西北工业大学和铂力特公司进一步拓展我们之间的合作。我相信今天我们三方的合作项目，在此前良好合作的基础上，将能够进一步推动增材制造技术在航空制造领域的应用，引领航空领域新技术的发展，为中国乃至全球的航空工业发展做出贡献。”

西北工业大学凝固技术国家重点实验室主任、铂力特公司董事长黄卫东教授致辞

西北工业大学凝固技术国家重点实验室主任、铂力特公司董事长黄卫东教授表示：“空客（北京）工程技术中心与西北工业大学、西安铂力特增材技术股份有限公司今天的合作是增材制造技术应用在航空制造上的必然趋势，这也将促进金属增材制造技术的进步与发展；我们共同期待一个美好的未来。”

西北工业大学科学技术研究院基础研究部部长苏海军教授在致辞中表示：西北工业大学作为中国唯一一所以同时发展航空、航天、航海人才培养和科学研究为特色的多科性、研究型、开放式大学，学校航空宇航科学与技术、材料科学与工程等重点优势学科与空中客车公司业务具有较高吻合度，为双方进行技术交流与产学研合作提供了众多潜在机会。双方保持了长达十余年的良好合作关系，务实合作非常愉快和默契。今天，新科研合作协议的签订标志着双方合作进入全面深化的新阶段，相信双方一定能强强联合、优势互补，共同打造有利于全方位联合创新的合作机制，推动航空领域技术创新与发展。“

铂力特总经理薛蕾表示，“铂力特非常重视与空客的合作，为了满足空客的产品需求，仅在2017年，为空客项目的投资就超过1亿元，包括对热处理、热等静压、磨粒流等后处理工序和检验检测设备的优化升级，例如荧光渗透，X射线，CT扫描、性能测试等，建起了一条完整的生产和工艺链条。 在管理方面，我们也不断提升自己来满足客户的需求，例如在风险管控、KC管理、“可视化管理”、精益生产等方面不懈探索、精益求精。我们相信，与优秀同行，必将成就优秀；期待铂力特大尺寸金属3D打印装备可以助力空客的创新设计研发，服务空客更多型号的飞机。”

本次合作签约是空中客车公司与西北工业大学、铂力特公司继2014年开展飞机大型钛合金构件激光增材制造联合研发以来，在飞机新型构件增材制造领域又一新的合作项目。空中客车公司与西北工业大学、铂力特公司的合作，对于增材制造技术在航空设计及制造领域具有里程碑式的意义，我们三方围绕增材制造技术及航空新材料真正实现了的“跨国的产、学、研、用一体化”的合作。我们相信通过双方深入而广泛的合作，加速推进增材制造技术、航空新材料在航空制造领域的产业化应用。

来源：铂力特

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Stelia航宇CEO塞德里克·戈蒂尔表示：“这项新技术可以让人们重新思考和重新设计机身，不用受到壁板必须随后连接加强栅格的约束。制作这个验证件是为了向客户展示大型结构件在新计算手段下的创新设计。”除了空客，Stelia的客户还包括波音、庞巴迪、巴西航空工业公司和诺斯罗普·格鲁门。

新制造工艺被Stelia称作DEFACTO（面向拓扑组件的增材制造开发）。项目持续3年，由法国民航总局共同出资。戈蒂尔表示：“研发工作是增材制造广泛研究的一部分。我们希望结果可以用于新的设计、减重、更好的功能集成、通过使用更少材料而对生态造成更小影响，以及减少制造成本。”

（以上来源于中国航空报）

根据3D科学谷的了解，该面板是STELIA于2014年与法国工程学院Centrale Nantes，工程咨询公司CT Ingenierie和荷兰铝业公司Constellium合作的一个项目。

由于该项目的成功，STELIA对电弧增材制造（WAAM）将最终取代飞机机身面板的传统生产方式，消除对某些进一步固定和焊接的需求表示乐观。

相比于使用螺栓和螺钉将加强结构固定到机身面板上，通过拓扑优化，STELIA R＆T的设计师和工程师创造了一个机身骨架，将加强结构直接3D打印到面板表面，不仅避免需要更多零部件，3D打印面板加强筋不易受到衔接薄弱处的影响，从而创造出更稳定的飞机机身。

–—- 3D科学谷Review

凭借其专有的电子束增材制造（EBAM）技术，Sciaky也一直在研究3D打印大型飞机零件的能力。Sciaky的电子束熔融增材制造（EBAM）技术主要是由金属丝作为打印材料，并使用一种功率强大的电子束在真空环境中通过高达1000℃的高温来融化打印金属零部件。这种电子束枪的金属沉积速率从一小时几磅金属材料，到一小时20磅不等。电子束定向能量沉积、逐层增加的方法创建出来的任何金属部件都近乎纯净，并且不需要任何类型的打印后热应用处理。该技术也可以用于修复受损的部件或者增加模块化部件，并且不会产生传统焊接或金属连接技术中常见的接缝或者其它弱点。

在熔丝金属增材制造设备领域，2016年华中科技大学数字装备与技术国家重点实验室张海鸥教授主导研发出金属3D打印新技术“智能微铸锻”，成功3D打印出具有锻件性能的高端金属零件。国际上，2016年，Wolf Robotics也推出了用于替代铸造和锻造的多进给、多材料的大型增材制造设备，其原材料也是金属丝。而在产业化领域，空客的Premium Aerotec工厂正在通过Norsk Titanium的快速等离子沉积™技术进行A350 XWB飞机上的钛合金零件的生产。此外，库卡还为英国核电站承建了大型核电站零件制造系统。

而在核电领域，中广核核电运营有限公司的3D打印技术在核电站备件及零部件制造、维修过程中的关键技术研究”取得成功，项目组选用电熔增材技术研发制造的制冷机端盖在大亚湾核电站压缩空气生产系统成功完成设备安装并通过设备运行再鉴定。南方增材科技依据王华明院士带领的技术团队自主研发的重型金属3D打印技术，以金属丝材与辅料为原材料，在电熔冶金的环境下，利用高能热源熔化原料丝材，根据成形构件的分层切片数据，采用计算机控制，实现原材料逐层快速激冷凝固堆积，最终获得超低碳、超细晶、组织均匀、综合力学性能达到甚至优于传统锻造工艺成形的金属构件。

而在应用开发方面，根据3D科学谷的市场研究，我国的攀钢也在双金属的电子束熔丝成型增材制造方面进行了积极的探索研究。根据3D科学谷的了解，攀枝花钢铁研究院利用分层处理软件规划金属A和金属B打印件的层厚尺寸以及沉积层的宽度尺寸，按先打印里层、后打印外层的先后顺序进行路径规划，探索出两种不同材料金属成型的方法，效率高，冶金质量好。

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在行李架的升级过程中，新组件和现有组件之间存在未填满的空间，为了填补这些空白，A320需要在每排尾端安装小批量的隔板。通常情况下，间隔板将使用注塑成型，但3D打印的显然更具优势。

通过使用空客标准ULTEM材料3D打印隔板，Materialise减少了工艺流程，并创造了无模制品。生态“有机”的设计，使得飞机隔板的成本效益更高，生产速度更快，比使用传统方法制造的要轻15％。

在3D打印之后，每个面板都涂上了复合空客机舱规格的阻燃材料，然后通过空客机舱装饰和完成检查。这个项目是认证增材制造的一个很好的例子，它说明了Materialise如何实现3D打印的端到端流程，这是严格的质量过程，并纳入从设计到装饰的各个细节要求。

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最近，空客的防务与空间部门与3D Systems合作，通过3D Systems的直接金属打印技术制造出首个金属3D打印射频（RF）滤波器。

滤波器在CAD技术被广泛应用之前，设计中必须依靠带有一定盲目性的人工调试来逐渐逼近最优化的方案，这不但延长了研制周期，增加了成本，也不易达到最高指标。

随着CAD技术和仿真技术的发展和普及，RF射频滤波器的制造周期得到明显的缩短，质量得到明显的提高。而通过金属3D打印制造出RF射频滤波器是一个重要的突破，金属3D打印技术的运用让空客降低了RF滤波器的重量和制造成本，并缩短了制造时间。这可能会改变世界各地的航空航天公司对RF滤波器，甚至波导的设计和制造。

像Eutelstat KA-SAT这样的高通量卫星可以携带近500个RF滤波器和超过600个的波导。由于是定制设计的，其中的大部分可以处理特定的频率。它们允许所选频道的频率通过，同时拒绝来自所选频道之外的信号。

而将卫星发送至地球静止轨道的成本约为每公斤2万美元，所以减重对通信卫星领域节约成本至关重要。此外，大多数卫星只有10到15年的寿命，缩短生产时间将显著提高卫星迭代的速度和降低设计成本。

RF射频滤波器的内部设计十分复杂精密，通过3D打印可以一次性打印出整个设计，这种制造方式能带来时间、成本和重量方面的益处。由于不再需要连接用途的紧固件，RF射频滤波器的重量减轻。直接金属3D打印省去了让外部轮廓紧贴内部轮廓的成本，无需组装带来了时间和成本方面的效益。

具体使用的设备是3D Systems的ProX DMP 320粉末床金属熔化设备。空客一共测试了三个铝合金样品，这些样品均是用ProX DMP 320打印的，但是采用了不同的加工路径。测试结果表明，每个样品均达到或者超过了严格的要求。

总体来说ProX DMP 320降低了滤波器的生产成本，加快了的周转时间，同时将其质量减轻了50％。

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在空客的设想中，未来飞机的仿生结构将创造力量与材料分布的完美结合，光线充满整个空间，旅客可以向外面的世界观看全景，智能有机的座位会感知你的需求，并调整适应的形状完美配合你的姿势，乘客如同沉浸在温柔的海风或松树林的软香中进入完美的睡眠。

而对于VIP乘客来说，还可以将座位变成办公设施，或者是一张床，如同在家里一样享受私密的空间。

在到达目的地降落后，或许你还可以直接乘坐自己的小私人旅行舱式飞机从大飞机中驶出来，直接进行下一站的旅行。而这些想法的实现，3D打印都将发挥着举足轻重的作用。点击观看空客未来飞机视频>>

3D打印四大切入点

空客（Airbus）的机舱设计师巴斯蒂安·谢弗（Bastian Schafer）过去两年来一直致力于一款概念飞机，这架飞机将完全由一台有飞机库那样大的巨型3D打印机打造。 这听起来像痴人说梦，因为如今最大的3D打印机不过餐桌那么大。但是谢弗的设计是有规划的：从现在用3D打印技术制造一些小部件，到2050年左右造出整个飞机——整个路线清晰可见。而之前，3D科学谷整理的3D打印对航空航天业的影响中也提示过，3D打印在航空航天领域的应用将走向四维打印。

图片来源：3D科学谷

切入点1：仿生结构

仿生结构带来材料使用率和力学性能的良好结合，这就是为什么增材制造会走进工厂，是增材制造的价值所在。

3D打印技术与传统制造方法相比可使各部件的重量轻65%。空客的概念飞机极为复杂，需要各种全新的制造方法：从弧形机身到仿生结构，再到能让乘客一览蓝天白云的透明蒙皮。

空客概念飞机的仿生结构所需要的某些材料目前尚不可用，例如用于机身的、牢固且透明的铝、某些生物高分子材料以及其他由碳纳米管加固的材料。只在该坚固的地方坚固，或者只在该轻盈的地方轻盈

图片：空客未来飞机

切入点2：轻量化

轻量化与仿生结构可以说是密切相关的。采用金属激光熔融技术可制造出极为精细的结构，甚至是骨状的，也就是多孔的结构。在未来的飞机设计中，部件将能够有针对性地吸收力线，同时又符合轻量化要求，更耐久、节约资源、这将改善当前航空航天业的成本结构。飞机零件在铣削过程中会产生高达 95% 的可回收废料。而采用激光熔融技术，操作者不仅可得到“接近最终轮廓的部件”，且废料只有约 5%。尤其对于像钛这样的高级且昂贵的飞机制造材料的节约，增材制造技术更具吸引力。无模具的制造方法节约了时间，改善了成本结构，有针对性的能源投入和节约资源是激光熔融技术的一大特点。

图片来源：Concept Laser

此外，激光增材制造方法还可提供比常规制造方法更高的造型自由度。像制作凹槽和内部的通道，例如冷却通道。在航空工业中，飞机制造商已经在考虑用该工艺生产电子设备的冷却元件和智能的液压部件。激光熔融技术首次将几何结构与功能性联系在一起，依然成为目前最吸人眼球的技术。该技术可以让部件内的能量通量在 CAD 设计阶段就能够非常精确地确定。总的来说，利用激光熔融技术能够开发出的安全性部件，比今天的部件更好、更轻且寿命更长。激光增材制造的材料具有更高的强度，虽然延展性较低，但经过正确的热处理之后，还是可将其重新提升。

空客位于德国的航空制造厂Premium Aerotec公司启动了其用于3D打印钛飞机部件的SLM粉末床选择性激光熔化设备，开始生产金属3D打印零件。

切入点3：部分替代锻造

锻造技术在航空制造领域已应用多年，主要用于制造飞机、发动机承受交变载荷和集中载荷的关键和重要零件。飞机上锻件制成的零件重量约占飞机机体结构重量的20%~35%和发动机结构重量的30%~45%，随着航空产业不断的发展，锻造技术的瓶颈已逐渐显现，一方面是满足在大型复杂整体结构件和精密复杂构件的制造方面显现出技术的灵活性不足。另一方面，锻造的结构工件在随后的机加工过程中材料去除率达到70％之多，对于钛合金这样昂贵的材料来说浪费大。

金属3D打印技术特点突出，无需模具的自由近净成形，且全数字化、高柔性，打印的零件材质全致密、没有宏观偏析和缩松，具有较高的性能等都带来代替航空领域锻造技术的可能。

空客位于德国的航空制造厂Premium Aerotec就采用了Norsk Titanium（挪威钛）的快速等离子沉积™技术，通过该技术来生产A350 XWB飞机上的钛合金零件。除了挪威钛的快速等离子沉积技术，EBAM电子束融化焊接比锻造也能节约50％的材料去除需求。这两种3D打印工艺对于完成后期加工任务的机床来说，更少的材料去除需求也意味着更少的刀具、冷却液消耗，更快的加工时间，以及更快的设备投资回收周期。

切入点4：4D打印

空客未来飞机的视频中，飞机的翅膀可以像鸟类一样煽动。至于视频中如何实现飞机翅膀的煽动，3D科学谷并不知道是不是4D打印的原因。然而，有一点是肯定的，那就是4D打印将被用于航空航天领域。

之前，来自德国Freiberg的研发团队就研发出面向未来的高性能材料：记忆性材料，可以自行愈合裂隙或回复原状。科学家通过电子束熔融的制造方法来生产带记忆功能的零件，这就像弹力回形针，如果受到歪曲，把它放到热水里面，就像被施了魔法，跳回到原来的样子。最新研发的材料从这个项目可以用于汽车制造和航空航天制造业来满足特殊的要求。在航空航天领域，可以用来调整机翼结构以适应不同的飞行情况。

而麻省理工亦研究出可控的表面纹理变化4D打印技术产品，这些产品具有间歇性和随机性的丰富多样的表面特征变化，包括可变波、折皱状的特征、平顶、谷底等，可以通过改变颗粒的无因次几何参数（例如，相对的颗粒大小、形状、间距和分布等）来获得。这些表面特征可以通过颗粒定位来实现变量可控。

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而如今，随着GE通过增材制造工厂生产喷油嘴。Airbus亦摩拳擦掌，计划在2016年通过3D打印来批量生产最终零部件。

金属？对，没错！

空客已经通过3D打印生产的零件是塑料零件，包括通过Stratasys的FDM设备生产的零件已经有几百件在空客A350飞机上服役。并且空客还通过Stratasys的FDM设备生产备品备件。

而2016年将实现3D打印进入产业化生产领域的是金属3D打印。之前，空客与Lazer Zentrum North工程公司以及欧特克的The Living设计工作室合作，为空客A320飞机开发了一个大尺寸的“仿生”机舱隔离结构。通过新型超强、轻质合金材料使用直接金属激光烧结成型技术3D打印而成。这项工作已经进行了5年，2016年，空客将开始这种名为Scalmalloy的零件的串行生产。3D科学谷了解到该零件的生产设备为Additive Industries的MetalFAB1系统，这个巨大的综合性金属增材制造设备在可重复性、生产率和灵活性方面是其它同类系统的10倍。

图：Scalmalloy机舱隔离结构

2016年，空客首先实现的是钛金属的3D打印产业化，因为钛是最昂贵的材料，通过3D打印对减少钛金属的浪费将起重要的作用。大约在2017年底，空客将在这一应用范围扩展到不锈钢和铝件的加工。

这个计划将通过一个内部生产（空客三个欧洲工厂包括德国，英国和法国）以及外部外包的生产来进行。其中一个外包工厂是Premium Aerotec公司（PAG），这家公司在德国北部开设了第一家金属增材制造工厂。

3D科学谷了解到空客目前的设备包括Concept Laser, SLM Solutions, 以及EOS。这些都是选择性激光融化设备。而其位于英国的工厂在尝试实用Arcam的EBM选择性电子束融化工艺制造零件。

空客还通过Sciaky的电弧焊3D打印设备以每小时高达1公斤的沉积速率来制造大型零件。然而，这项技术主要集中如何减少成本和时间，而不是用于轻量化零件的制造，而轻量化是航空航天业的承诺和发展方向。

空客与南非的Aerosud航空工程公司合作，尝试更大尺寸的3D打印制造技术。这项技术生产的零件计划在2018年用于工业上的使用。目前打印钛金属的速度是66立方毫米/秒，也就是每小时1kg，零件的尺寸更是达到了2米，对于3D打印行业来说这是个惊人的尺寸。

金属3D打印, 自动化在发生

事实上，金属3D打印机制造商也把目光投向了工厂自动化，3D科学谷也觉得好奇，为什么大家不约而同地将目光投向生产领域？

其实拿Concept Laser的Xline 1000来说，加工的时候需要1吨钛粉。现在，Concept Laser的Xline 2000可以打印一个全尺寸的发动机缸体，这些材料和打印完成的零件都不是人手工能够搬动的。如果一个工厂里有几十台这样的机器，这个过程将必须是自动化来完成。空客相信在2年内将看到更多的自动化增材制造工厂。

行动？需趁早

然而，金属3D打印机进入生产领域的一个制约因素来自设备厂商。我们大概不能看到市场上在2年内增材制造工厂大面积出现，现在金属3D打印机厂商生产设备的产能已经达到极限，订单在排队，订购机器到等待机器制造完成，再安装好，这个周期就很长。

另一个问题市场上缺乏熟悉增材制造零件设计的工程师，举例来说即便是现在的CAD设计工程师，当他们面对如Autodesk下一代CAD软件Fusion 360的时候，他们也会不清楚这个软件的强项在哪里，而要突破传统加工方法对思维带来的限制，为增材制造而设计，这更需要时间。

仿生力学, 开启美好未来

仿生结构带来材料使用率和力学性能的良好结合，就像空客前沿技术与概念部门经理Peter Sander先生手上的这两个轻量化零件一样，这就是为什么增材制造会走进工厂，这就是增材制造的价值所在。

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