增材制造和减材制造如何结合起来加速航空航天发展
几年前，当通用电气生产出一种燃油喷嘴时，制造业发生了戏剧性的转变前沿航空推进(LEAP)喷气发动机。一个过去由20个部件组成的组装，现在用增材制造(工业级3D打印)在一个单独的单元中，喷嘴的重量减少了大约25%。在一个重量极其重要的行业里，这是一个巨大的突破。从那天起，人们就一直在谈论增材制造。虽然利用新技术和新制造方法对公司来说很关键，但对公司来说，同样重要的是，他们也应该考虑使用传统的制造方法，这些方法也在不断改进和改进，以生存下去工业4.0的兴起。
这种数字化的巨变为传统的制造方法注入了新的活力。因此，公司的采购团队现在可以通过使用增材制造等新技术以及CNC加工等软件驱动的自动化“传统”方法来利用工业4.0的力量。这种组合可以帮助缩短开发时间，并以前所未有的速度交付组件。
工业4.0对制造业的影响
这不再只是一个流行语。工业4.0——制造技术中的自动化和数据交换——已经成为现实。从历史上看，随着时间的推移，工业从水和蒸汽动力发展到生产和装配线，再到数字化和机器人技术，再到我们当前的数据和连接时代。研究表明，超过三分之一的制造商预计工业4.0将在未来五年内推动20%或更多的收入增长。预计这些制造商中有一半希望通过工业4.0的自动化方法降低成本并提高20%的效率。
工业4.0的自动化和连通性是强大的，它将有助于推动传统的制造方法，如CNC加工，在生产中更加经济。因此，在我们新的互联世界中，利用传统方法和新的制造技术可以帮助缩短开发时间。
自动化加工找到了归宿
虽然有许多不同类型的数控机床-在金属和塑料材料库存的减法过程中切割零件-大多数市场是由立式铣床和车床主导的。具有复杂几何形状的零件可以使用3轴和5轴机床以及高速车床进行制造。航空航天工业大量使用特殊金属以及标准铝、钢和钛制造的许多零件的机械加工。随着航空航天和国防工业需求的不断增长，对制造合作伙伴在质量和准时交货方面支持大型原始设备制造商(oem)的需求也在增加。
虽然CNC加工被归类为传统的制造方法，但在Protolabs，它已经实现了自动化(即重新发明)，具有巨大的产能和高度复杂的软件，可以直接与工厂网络通信。这些工厂有30多种库存的工程级塑料和金属材料，适用于航空航天工业。
增材制造在哪里适用?
有许多增材制造方法可以用于航空航天应用的开发，但没有一种方法能像金属3D打印那样具有冲击力直接金属激光烧结。这个过程是一种工业3D打印方法，以比传统方法(如压铸)快得多的速度构建功能齐全的金属部件。最后，一系列金属材料可以生产出最终的零件，这些零件可以很好地用于最终用途。
DMLS机器一层一层地烧结。将支撑结构烧结到构建板上，然后将部件本身拉到金属粉末床上。每一层粉末都是微焊接的，构建平台向下移动，允许重涂刀片将下一层粉末沉积到惰性构建室中。这个过程将重复，有时会重复数千次，直到构建完成。
当DMLS部件从构建过程中出来时，需要进行大量的后处理工作。零件将经过热处理，从构建平台上移除，移除支撑结构，然后按客户要求完成。最终的零件将以接近100%的密度交付。
DMLS是生产级材料的原型设计，开发复杂的最终用途部件以及减少航空航天组件数量的游戏规则改变者。
加法+减法=发展速度
对于任何公司来说，同时实施增材制造和CNC加工都是有益的，有时在他们正在进行的项目中相互结合。
例如，在某些情况下，从遗留材料的角度考虑制造方法可能是有意义的。如果您的组装中有一个部件以难以加工而臭名昭著，并且需要大量材料，则可以考虑使用增材制造。换句话说，把它看作是“筹码落在地板上”的情况。任何时候，当你从一个实体块中加工出一个零件后，你在地板上留下了大量昂贵的材料，你就增加了与该零件的开发和组装相关的固定成本。对于更复杂的部件，添加剂也可以发挥作用。
反之亦然。简单，容易加工的零件可能会花费更多的3D打印，所以他们应该继续加工。但是，将这两种技术结合起来考虑，可以降低相关成本，减少等待零件铸造或传统机械加工的开发时间。
最终，对于航空航天来说，自动化和数据的使用正在改变我们对传统制造方法的看法。这些“传统”方法的进步，加上增材制造等新技术的采用，使航空航天和其他行业以前所未有的速度发展。
布兰登·马库斯(Brandon Marcus)是Protolabs航空航天与国防业务发展经理。他在Protolabs工作了五年多，管理着该公司一些最大的航空航天和国防承包商。在加入Protolabs之前，他在助听器行业工作了几年，并担任明尼苏达州国民警卫队的成员。Marcus拥有国际商务、市场营销和经济学学士学位。