原型和生产的航空航天制造方法

航空航天提升

航空航天和国防工业正在为2019年及以后的增长做好准备。这种增长自然包括不断增长的生产需求，以满足这些苛刻应用的物理需求。

的2019年全球航空航天和国防工业展望德勤的报告显示，在经历了2018年“稳健的一年”的恢复之后，这一增长趋势仍在持续。报告指出:“在商用飞机产量不断增长和国防支出强劲的带动下，该行业预计将在2019年继续保持增长轨迹。在商业航空航天领域，飞机订单积压仍处于历史最高水平，因为随着油价上涨，对下一代节油飞机的需求继续激增。”

《展望》报告称，随着飞机积压达到峰值，制造商预计将提高生产率，从而推动该行业的增长。在国防领域，全球紧张局势和地缘政治风险加剧，美国国防预算复苏，以及中国、印度和日本等其他主要地区大国增加国防支出，预计将推动2019年及以后全球国防部门的增长。

世界各地不断增长的生产需求也将影响全球航空航天和国防业务的交易方式。最后，航空航天和国防(A&D)行业也有贸易考虑。

诸如洛克希德·马丁公司、空中客车公司、波音公司、诺斯罗普·格鲁曼公司等公司越来越多地考虑到这些问题，其中许多公司正在转向新的制造手段来满足新的需求。

增材制造蓬勃发展

随着大型航空航天oem和其他公司转向新的数字化生产方法，增材制造(AM)已经成为一个特别关键的选择。

航空航天和国防工业处于独特的地位，受益于AM提供的效率，以支持难以制造和难以采购的组件。目前有许多政府和商业项目正在对美国机械零部件供应链造成压力。这导致许多行业中的顶级公司寻找更灵活的方法来开发、采购和构建他们正在开发的产品。

这些项目导致了质量和准时交货的问题。许多原始设备制造商为表现最好的供应商设定了内部质量标准，要求其质量达到95%或更好，大多数供应商的质量和准时交付率都达到75-80%。你可以把这想象成一个几乎永远不会结束的循环:80%的时间准时得到你需要的零件，然后只有75%的时间是你想要的质量。这种无休止的循环导致供应商追逐不同形式的制造方法，如增材制造，以支持供应链问题。添加剂被认为是一种有效的节省时间的复杂几何，是昂贵和漫长的采购。

因此，就增材制造行业而言，它正在注意到这一领域的需求不断增长。

金属重点AM播放器通用电气的添加剂“航空和航天是增材制造的两个先驱部门。这些部门的特点是小批量和制造商特定的适应性。与此同时，这些产品以具有非常长的生命周期(例如，部件可能在客机上使用30年以上)和极高的安全要求而闻名。高水平的热负荷或机械负荷，特别是在起飞和降落期间，或者在有空气湍流的情况下，是大多数组件的特殊要求之一。”

这些考虑对于在具有挑战性的环境中可行地制造高性能、持久的组件是必要的。例如，除了载人飞机的部件外，卫星系统的设计寿命最长可达15年。无人机行业也是如此——它们被期望以与商用飞机类似的状态运行和降落——只是没有人在飞机上。

A&D应用在先进制造工艺中的使用已经增加，这在制造指标中很容易观察到。

在过去十年中，AM航空航天收入占行业总收入的比例几乎翻了一番。从AM的角度来看，特里·沃勒斯话虽报告显示，2009年，航空航天占AM行业收入的9.0%(沃勒斯报告2009)。在短短10年里，这一比例几乎翻了一番，达到17.7%(沃勒斯2019年报告)。研究显示，在同一时期，最终用途零部件的产量从15.6%增加到28.4%。

沃勒斯说:“随着金属在生产应用中的应用增加，航空航天的增长远远超过了消费品和汽车。”“航空航天部件完全符合AM的优势，即产品价值高，强调轻量化部件，体积相对较小。”

根据沃勒斯的说法，通过美国制造公司、美国军方和联邦航空管理局(FAA)等主要航空航天公司和组织的私人和公共努力，资格和认证的障碍正在稳步克服。

2018年，美国联邦航空局(FAA)的迈克尔·戈雷里克(Michael Gorelik)表示:“向安全关键部件的过渡将比最初预期的更快。”随着时间的推移，改进的材料和工艺可能会使AM成为许多航空航天产品的主要产品。事实上，AM和其他数字制造技术在A&D领域2022世界杯附加赛决赛有着广泛的应用。

前期制作和原型制作:设计、测试、开发

新的制造方法需要新的设计方法。也就是说，在任何新产品概念的初始阶段都必须考虑到生产方法。虽然传统设计的组件可以通过数字制造方法生产，但针对特定方法优化设计将确保其特定的功能，包括有益的和限制的。2022世界杯附加赛决赛例如，AM工艺可以在单件组件中包含复杂的内部结构，否则必须由几个部分组成，并通过焊接或其他后期生产工艺进行组装。

决定使用特定的制造工艺是一个主要的考虑因素。材料选择，最终性能需求，零件体积和其他选项发挥作用。并非每一种材料都与每一种工艺或系统兼容;不可焊金属一般不兼容增材制造，而某些工程级热塑性塑料仅在某些工艺中获得了faa认证。

接下来要考虑的是设计过程和需求。这些包括先进的软件选项，如拓扑优化和生成设计，以创建复杂的，自适应的，有机结构，既轻量化，又高强度。其中许多新工具都针对先进的制造工艺。

软件工具在考虑添加的情况下变得越来越先进。工程师们正在研究的许多CAD包都能够对零件进行特定的一组要求，然后输出数百个独特的几何图形。这将花费一个工程师无数个小时来完成，但它可以快速分析潜在的未来结构。一个公司有效地进行生成式设计的主要例子是欧特克．

随着设计逐步实现，制造供应商通常因其在开发阶段提供的专业知识而受到重视。拥有跨各种系统和流程的经验，就像Protolabs所拥有的那样，通常可以指导客户找到最适合他们特定需求的解决方案。寻找带有行业认证的供应商(例如，itar合格，AS9100D;详见质量控制部分)确保其在专业领域的知识和信任。这些供应商可以提供测试部件进行评估，以确保按要求进行更大的工作。

一旦决定使用最好的工具完成工作，并设计好零件，接下来的物理步骤就是原型。这可能包括进行测试以确保强度、结构完整性以及组件和制造验证的几个迭代。随着先进的制造工艺，迭代时间正在加快，因为AM不需要模具。更快的原型过程加快了上市时间，最终降低了部件开发成本、人工成本，以及与修复或更换非功能组件相关的任何停机时间。

后期原型也用于航空航天和国防工业的高温测试，特别是垂直发射系统，如火箭。在这里，全功能组件进行现场测试，如无人发射、空间和机载验证。迭代测试可用于在现实条件下评估不同的设计代，以选择合适的最终选择。

这些生产技术为行业提供了最丰富的可验证结果和最广泛的可用认证材料。成型还为可能需要批量生产的小型和常见零件提供了更低成本、更高产量的可能性。机加工不仅用于制造零件，还用于完成在其他工艺中创建的部件，以确保准确的尺寸和光洁度。

正如最后一点所强调的，通常最好的解决方案将涉及使用多种技术的混合方法。就像一个传统的工具箱包含锤子和钳子一样，今天的先进制造操作也包含加法和减法制造系统和专有技术。例如，Protolabs提供工业3D打印服务华体会app官网有六种不同的技术选择，世界杯2022入围名单，钣金加工,2022世界杯足球赛时间表．

航空航天部件材料

如前所述，总体材料成本和广泛的金属和塑料材料选择对A&D行业非常重要。此外，正如DMLS的侧栏所报告的那样，轻质材料的复杂部件是该行业的一个成功组合。但是，这并不一定只与金属有关。事实上，在Protolabs，除了DMLS之外，还提供了其他五种3D打印工艺，所有这些工艺都用于制造塑料零件。这些方法包括:立体光刻，碳DLS，多射流融合，选择性激光烧结和PolyJet。也就是说，金属材料，以及液体硅橡胶，通常用于飞行硬件。以下是5种流行的材质选择:

钛
这种轻质而坚固的材料具有优异的耐腐蚀性和耐温性，可以加工或3D打印。钛用于飞机、喷气发动机和宇宙飞船。它的强度和重量降低了燃料成本。

铝
由于其高强度重量比，铝是一个很好的候选住房和支架，必须支持高负荷。此外，铝是机械加工或3D打印最具成本效益的金属。

铬镍铁合金
这种3d打印的金属是一种镍铬高温合金，非常适合火箭发动机部件和其他需要耐高温的应用。

不锈钢
不锈钢17- 4ph由于其高强度，良好的耐腐蚀性和在高达600°F的温度下良好的机械性能而广泛应用于航空航天工业。像钛一样，它可以加工或3D打印。

液态硅橡胶
弹性氟硅材料是专门针对燃料和耐油，而光学硅橡胶是一个很好的PC/PMMA替代品。在航空航天中常见的应用包括软接触表面、垫圈、密封件和o形环。

检验报告和质量控制
认证是航空航天和国防应用的基础，而不是上限。经过认证的设施寻求端到端，从最终产品到概念，先进的制造实践审查这些过程的后期生产。

在整个生产过程中集成了多种过程控制手段，包括在先进系统上进行零件制造时进行实时反馈和调整的现场监控。一旦工作完成，零件可能会受到破坏或无损检测(NDT)。后者正变得越来越受欢迎，因为制造的零件往往昂贵且耗时。NDT方法通常涉及诸如三坐标测量机(cmm)等设备，用触摸探针或激光测量尺寸精度，x射线或其他扫描技术，和/或拉伸试验机。

贯穿整个制造过程的完全可追溯性也确保了每批材料、每批构建中的项目和每批部件都可以追溯到其起源和每个过程的每个部分。保存良好的记录将使制造商能够追溯到几年前生产的单个部件到其原材料的来源，例如，如果发现任何问题，需要与同批次的其他结果进行核对。记录还将注明与每个部件接触的日期和员工。

洛克希德·马丁公司使用数字制造技术2022世界杯附加赛决赛

对新制造工艺的最佳验证来自于真实世界的制造部件;可以说，眼见为实。洛克希德·马丁公司是世界上最著名的航空航天、国防、安全和先进技术公司之一，长期以来一直是其运营中先进制造的支持者。

洛克希德·马丁公司高级制造经理Brian Kaplun最近分享了该公司在金属增材制造等先进技术方面的悠久历史:“2011年，我们在朱诺平台上飞行了第一件(钛增材制造)。我们在飞行应用和非飞行应用方面有着悠久的历史，不仅在太空，而且在洛克希德·马丁公司的许多其他业务领域。我们最近在洛克希德·马丁战斗机F22上试飞了第一个金属AM部件。我们将继续为我们在那里合作的许多平台扩展我们的产品，包括猎户座等人类太空飞行计划，以及朱诺等深空任务。我们最近执行的其他任务，如蓝海和欧罗巴快艇，都有附加组件。”

洛克希德·马丁公司已经转向增材制造解决方案的一些项目包括推进剂罐，由钛制成，使用线馈电子束工艺。Kaplun解释说，如此大的部件凸显了增材制造工艺的优势。

他说:“传统上需要一年多时间才能获得的锻件，现在可以在两周内以添加剂方式生产，材料浪费大大减少。”“节省时间，在日益灵活的市场中保持敏捷的能力——这些都是不言而喻的。我们看到了成本和进度的节省，使我们能够更好地响应客户的需求，并能够真正适应多年来不断变化的需求。”

在洛克希德·马丁公司的另一个例子中，Protolabs与该公司合作开发了一款救援无人机3D打印原型，然后切换到注塑成型2022世界杯足球赛时间表．

此外，Protolabs还与洛克希德·马丁公司和美国宇航局在一个需要定制钣金部件的项目上(见右图)，这是前面提到的数字制造供应商如何提供一系列制造方法的一个例子。2022世界杯附加赛决赛

展望未来，工业3D打印等先进制造方法的部署——从迭代原型设计到最终生产——对航空、航天和国防工业来说是有意义的。正如本报告所概述的那样，在许多方面，先进制造业非常适合这个复杂和多样化的领域，包括客机和航天器、无人机、无动力滑翔机、旋翼飞机、太空飞行器等。

因此，这个行业发现，这些强大的制造技术，借用汤姆·沃尔夫(Tom Wolfe)关于太空飞行的标志性书籍的标题，是正确的东西。