航空航天制造方法的原型和生产

航空航天提升

航空航天和国防工业将在2019年及以后实现增长。这种增长自然包括不断增长的生产需求，以满足这些苛刻的应用的物理需求。

的2019年全球航空航天和国防工业展望德勤(Deloitte)的数据显示，在经历了2018年的“稳健一年”复苏后，该行业的增长趋势仍在持续。报告指出:“在商用飞机产量不断增长和国防开支强劲的带动下，预计2019年该行业将继续保持增长轨迹。在商业航空领域，由于对下一代节能型飞机的需求随着油价的上涨而持续飙升，飞机订单积压仍处于历史最高水平。”

《展望》报告称，随着飞机积压量达到峰值，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的国防开支增加，预计将推动2019年及以后的全球国防部门增长。

全球不断增长的生产需求也将影响航空航天和国防业务在全球范围内的交易方式。最后，航空航天和国防(A&D)行业也有贸易方面的考虑。

对于这个领域的参与者来说，这些考虑越来越重要，比如洛克希德·马丁、空中客车、波音、诺斯罗普·格鲁曼和其他公司，他们中的许多人正在转向新的制造方式来满足新的需求。

增材制造起飞

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

航空航天和国防工业处于一个独特的位置，可以从增材制造提供的效率中受益，以支持难以制造和难以采购的组件。正在进行的许多政府和商业项目正在给美国的机械零部件供应链带来压力。这导致许多行业中的顶级公司寻找更敏捷的方法来开发、采购和构建他们正在开发的产品。

这些项目造成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制定了内部质量标准，要求达到95%或更高，而大多数供应商在质量和准时交货方面的交付率为75-80%。把它想象成一个几乎没有结束的循环:在80%的时间里，你能按时得到你需要的零件，但只有75%的时间里，它们能达到你想要的质量。这种无休止的循环导致供应商追求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形状，是昂贵的和漫长的采购。

因此，增材制造行业正在注意到该领域不断增长的需求。

专注于金属的AM播放器通用电气的添加剂他指出了这些应用的制造性质:“航空和航天是增材制造的两个先驱领域。这些部门的特点是小批量生产和制造商特定的适应。同时，这些产品以其非常长的生命周期(例如，在客机上使用的部件可能超过30年)和极高的安全性要求而闻名。高水平的热负荷或机械负荷，特别是在起飞和降落过程中或有空气湍流时，是大多数部件要求的特殊特征之一。”

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——它们被期望在与商用飞机类似的状态下运行和降落——只是没有人在飞机上。

A&D应用程序在先进制造过程中的使用已经增加，这在制造指标中很容易观察到。

航空航天领域增材制造的收入在过去十年中几乎翻了一番，占整个行业的份额。从AM的角度来看，Terry Wohlers话虽报告称，2009年，航空航天占增材制造行业收入的9.0% (Wohlers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%增长到28.4%。

沃勒斯说:“随着生产应用中越来越多地采用金属，航空航天的增长远远超过了消费品和汽车的增长。”“航空零部件发现自己完全符合AM的高产品价值，强调轻量化零件和相对较低的产量。”

沃勒斯说，通过美国制造、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，美国联邦航空局的迈克尔·戈雷利克(Michael Gorelik)表示:“向安全关键部件的过渡将比最初预期的要早。”随着时间的推移，材料和工艺的改进可能会使增材制造成为许多航空航天产品的主要材料。事实上，AM和其他数字制造技术在A&D中得2022世界杯附加赛决赛到了广泛的应用。

前期生产和原型制作:设计、测试、开发

新的制造手段需要新的设计手段。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考虑到其特定功能，包括有益和限制。2022世界杯附加赛决赛增材制造工艺可能允许在单件组件中包含复杂的内部结构，例如，否则必须由几个部件组成，并通过焊接或其他后期制作过程进行组装。

决定使用特定的制造工艺是一个有几个考虑因素的主要决定。材料选择、最终性能需求、零件体积和其他选择都起作用。并非每种材料都与每种工艺或系统兼容;不可焊接的金属通常与增材制造不兼容，而某些工程级热塑性塑料仅在特定工艺中获得faa认证。

接下来要考虑的是设计过程和需求。其中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、轻量化和高强度的有机结构。这些新工具中的许多都针对先进的制造工艺。

软件工具正变得越来越先进，并考虑到加法。工程师们正在开发的许多CAD软件包都有能力为零件提供一组特定的要求，然后输出数百种独特的几何形状。这将花费一个工程师无数个小时来完成，但它允许对潜在的未来结构进行快速分析。公司有效地进行生成式设计的一个主要例子是欧特克。

制造供应商通常因其在设计走向实现的开发阶段提供的专业知识而受到重视。像Protolabs一样，拥有跨越各种系统和过程的经验，通常可以指导客户找到最适合其特定需求的解决方案。寻找具有行业认证的供应商(例如，ITAR-qualified, AS9100D;(参见质量控制部分的更多细节)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来评估，以确保按要求进行更大的工作。

一旦决定为工作使用最好的工具，并且设计了零件，下一个物理步骤就是原型。这可能包括几个经过测试以确保强度、结构完整性、组件和制造验证的迭代。先进的制造工艺加快了迭代时间，因为增材制造不需要模具。更快的原型制作过程加快了上市时间，最终减少了零件开发、人工以及与维修或更换非功能组件相关的任何停机时间的成本。

后期原型机也用于航空航天和国防工业的烈火测试，特别是在火箭等垂直发射系统中。在这里，全功能组件进行现场测试，如无人发射和空间和空中验证。迭代测试可以用来评估现实世界条件下不同的设计世代，以选择合适的最终选择。

这些生产技术为行业提供了最广泛的可验证结果和最广泛的可用认证材料。成型也为可能需要批量生产的小型和普通零件提供了更便宜，更大批量生产的可能性。机械加工不仅用于制造零件，而且还用于将在其他工艺中制造的部件加工成最终规格，确保精确的尺寸和光洁度。

正如最后一点所强调的那样，最佳解决方案通常包括使用多种技术的混合方法。就像传统的工具箱既包含锤子又包含钳子一样，今天的先进制造业务也包含增材制造系统和减法制造系统以及技术诀窍。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，数控加工服务华体会app官网，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侧边栏所报道的那样，轻质材料的复杂部件是该行业的一个成功组合。但是，这并不仅仅与金属有关。事实上，在Protolabs，除了DMLS之外，还提供了其他五种3D打印工艺，这些工艺都用于制造塑料部件。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，以及液态硅橡胶，通常用于飞行硬件。以下是五种流行的材料选择:

钛
这种轻质坚固的材料具有优异的耐腐蚀性和耐温性，可以机械加工或3D打印。钛用于飞机喷气发动机和宇宙飞船。它的强度和轻量化降低了燃料成本。

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

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

不锈钢
不锈钢17-4 PH因其高强度，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，它可以被加工或3D打印。

液体硅橡胶
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。在航空航天领域的常见应用包括软触感表面、垫片、密封件和o型圈。

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。经过认证的工厂寻求端到端的概念，通过最终产品，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几种过程控制手段，包括在先进系统的部件构建过程中进行实时反馈和调整的现场监测。一旦工作完成，零件可能会进行破坏性或非破坏性检测(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。无损检测方法通常涉及的设备，如坐标测量机(cmm)测量尺寸精度与触摸探头或激光，x射线或其他扫描技术，和/或拉伸测试仪。

在整个制造过程中的完全可追溯性也确保了每一批材料，构建中的项目和一批零件可以追溯到其起源和每个过程的每个部分。保存良好的记录将允许制造商追溯到几年前生产的单个部件的原材料来源，例如，如果发现任何问题，需要与同一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·马丁公司对数字制造技术的使用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制造的零件;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，长期以来一直是其业务中先进制造的支持者。

洛克希德马丁公司先进制造高级经理Brian Kaplun最近分享了该公司在包括金属增材制造在内的先进技术方面的悠久历史:“2011年，我们在朱诺平台上放飞了第一个(钛增材制造)部件。我们在飞行应用和非飞行应用方面有着强大的历史，不仅在太空，而且在许多其他洛克希德·马丁公司的业务领域。我们最近在洛克希德·马丁公司的F22战斗机上试飞了第一个金属增材制造部件。我们将继续扩大我们在那里合作的许多平台的服务，包括像猎户座这样的人类太空飞行项目，以及像朱诺这样的深空任务。我们最近执行的其他任务，如蓝海和木卫二快船，都采用了添加剂组件。”

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储罐，该储罐由钛制成，采用线束馈送电子束工艺。卡普兰解释说，如此大的零件凸显了增材制造工艺的优势。

他说:“传统上需要一年多的时间才能采购到的锻件，现在可以用增材制造的方式生产，在两周内就能大大减少材料浪费。”“在日益敏捷的市场中节省时间、保持敏捷的能力——这些不言自明。我们看到了成本和进度的节省，这使我们对客户的响应能力大大提高，并且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种救援无人机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与洛克希德·马丁公司和美国国家航空航天局合作了一个项目，该项目要求定制金属板零件(见右图)，如前所述，数字化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，部署先进的制造方法，如工业3D打印——从迭代原型到最终产品——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而多样化的领域，其中包括客机和航天器，无人机，无动力滑翔机，旋转翼飞机，太空飞行器等等。

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著作的标题，是正确的东西。