目前航空業持續面臨兩個問題，成本上升和長期環境可持續性，增材制造技術可以解決這兩個問題。飛機零件的3D打印已經成為現實，它不僅有助于減少排放，還提供了一種比傳統制造更經濟的替代方案。波音表示，當使用 3D 打印部件時，每架飛機可節省300萬美元。

目前，3D打印通常僅限于原型制作和制造不太重要的部件，但隨著技術的快速發展，這種情況可能會改變。所以，3D打印會對安全關鍵部件和系統產生什么影響？在裝配線上使用3D打印如何改變整個航空業？本文為大家詳解！

3D 打印飛機零件的優勢

在飛機上使用 3D 打印部件的優勢不僅限于節省成本，還可以增強原型設計的能力、進行更快和更精確的制造以及減小碳足跡。

使用 3D 打印部件創建原型可以節省數千小時的工作時間，因為新的原型或模型可以在幾分鐘內打印出來。與傳統制造相比，使用 3D 打印進行更改也很容易，因為用戶可以使用更便宜的材料快速創建和查看低成本原型。換句話說，研發人員可以實時看到飛機部件，并使用比最終產品更輕、成本更低的材料進行空氣動力學測試和分析，在進行金屬部件的制造之前能夠進行大量調整。

△CFM LEAP 發動機的 3D 打印燃料噴嘴將多個部件整合為一個組件。圖片由 CFM 提供。

3D 打印還使制造速度更快、更精確，特別是在有助于制造過程的固定裝置領域。為了減少從一個零件到另一個零件的變化和錯誤余量，傳統制造制造的零件需要在加工過程中使用固定裝置（如金屬銷）固定到位。但制造數千個夾具所需的時間或購買成本，對傳統制造商來說是一個很大的挑戰。相比之下，3D 打印使制造商能夠以傳統制造所需成本和工作量的 40%來制造數千個固定裝置。

最后，在原型制作和制造中節省所有時間和精力意味著可以用更少的能源和浪費制造更多的零件。由于制造業和生產占世界總碳排放量的五分之一以上，因此應該優先考慮更可持續的制造業。3D 打印可以減少高達 90% 的材料消耗，這使得碳足跡大大減少。

航空領域的3D打印安全嗎？

雖然3D打印有很多優勢，但由于流程的工作方式，3D 打印仍存在一些安全問題。3D 打印依靠分層輕質材料來形成零件，而不是從厚重、堅固的材料塊上切割零件。分層過程通常會導致最終產品更脆弱、多孔或易碎（力學性能不好）。由于零件的特性往往要求嚴格，美國聯邦航空局最初對 3D 打印部件的認證速度較慢，這些部件比傳統制造的部件更容易損壞或受損。現在，隨著新技術的發展，實現了鈦3D 打印，材料和最終產品比以往任何時候都更堅固，認證可能會更快地向前推進。

圍繞3D打印飛機及其部件的安全協議和法規足夠全面，可以確保最終出現在飛機上的任何 3D 打印材料不會對安全產生負面影響。DO-254 和航空硬件的相關標準已經要求進行深層次的測試和質量保證，這有助于確保 3D 打印要么僅適用于非安全關鍵部件，要么需要足夠的檢查和測試以保持人員和飛機安全。

3D打印在航空業的趨勢

3D 打印只是航空電子設備變革的一小部分。但3D打印技術可能有助于實現全新的航空旅行系統，并改變飛機制造商考慮合規性和認證的方式。3D打印還可以幫助克服當前飛機制造的一些供應鏈挑戰。因此，它可以幫助為城市空中交通 (UAM) 提供動力。UAM 的概念是，有一天我們可能都會使用空中出租車來代替傳統汽車，或者在傳統汽車之外使用。但要讓 UAM 發揮作用，我們需要更多的小型飛機，3D 打印可以促進這一過程。

例如，垂直起降飛機 (VTOL) 是 UAM 的一項重要技術，因為它們不需要大跑道并且可以輕松地在低空飛行。開發人員目前正在為這些飛機開發 3D 打印部件。2023年2月，Horizon Aircraft 的一架新型 VTOL 飛機原型飛上了天空，其中包含近800 個 3D 打印部件。

△Horizon Aircraft 原型。圖片由地平線飛機提供。

3D打印在未來可以促進飛機制造像'搭積木'一樣，具體來說，3D打印在航空電子設備的軟件和硬件合規性和認證方面采用了一種“裝配線”思維方式。例如，模板是合規性和認證的重要組成部分，因為它們允許制造商和飛機開發商以高效和可重復的方式認證新設計。因此，3D打印提供了一種基于構建塊的方法來制作原型和制造零件，有多種類型的模板可以作為公司設計、制造和開發新飛機的構建塊，并確保符合DO- 178C用于軟件，DO-254 用于硬件。3D打印將繼續在航空和其他領域的發展中做出貢獻，也許有一天你會乘坐一架100% 3D打印的飛機！

來源：3D打印網