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MRO增材制造的未来

  增材制造正在对MRO应用产生严重冲击,但挑战可能会减缓其在某些用途的采用。
 
  航空是一个必须谨慎的行业,新技术只有在彻底的测试和认证过程之后才能采用。因此,增材制造或3D打印在整个机身和发动机供应链中仍然处于起步阶段。
 
  生产增材制造(AM)机器的南卡罗来纳州的3D Systems公司在电流生产型发动机上仅生产12个这样的零部件,而在波音和空客飞机上生产的部件只有不到1000个。相比之下,公司每年为其他行业打印50多万个金属零件。
 
  3D Systems公司航空航天应用领域的负责人Bryan Hodgson表示:“目前在商业航空业中,大多数增材制造仍处于商用航空的原型和测试阶段,而且现在正在变得适用于飞行。
 
  尽管如此,在制造商日益推动零部件和支持服务销售的行业中,制造自己组件的能力对于航空公司和MRO供应商来说显然具有吸引力。他们正在锁定增材制造的潜力,并为在售后市场上更广泛地应用颠覆性技术打下基础。
 
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      阿联酋航空工程公司是其增材制造3D打印之旅的开始。阿联酋航空公司的迪拜技术部门已经与3D Systems公司合作生产用于客舱的视频监视器护罩和通风口。
 
  由于BAE系统在2013年为BAe146认证了3D打印的窗户通风管道,所以非承重内饰部件已经成为航空增材制造用途的共同起点。阿联酋航空的首批加成制造部件也是相当基础的,但是,被仔细选择来评估一些会影响更复杂的AM操作的基本变量。其中包括扫描和打印时间,减轻重量,打印成本,认证和耐用性。
 
  艾哈迈德·萨法(Ahmed Safa)说:“我们选择了一个高容量的部件,一个比较复杂的大面积监视器罩,一个小体积的小部件,一个通风口的格栅,这样我们就可以测试出不同的假设。阿联酋高级副总裁的支持服务。
 
  某些其他MRO提供商早于阿联酋航空工程公司开发3D打印功能。例如,德国汉莎技术公司(Lufthansa Technik)在2016年年中印制了自己的通风孔,但萨法表示,阿联酋进入增材制造的时机反映了其他技术的成熟,特别是3D扫描技术,用于选择性激光烧结(SLS)的新型热塑性塑料,数字仓库和嵌套优化(以减少浪费)。
 
  “我们知道添加剂制造已经有一段时间了,自2010年初以来,我们一直在关注这个领域,但是只有当我们认为所有这些不同的途径都融合为一个整体的平台管道这可以提供相当大的回报,“他补充说。
 
  怎么运行的
 
  首字母缩略词(SLS,EBM,SLM和DMLS)等一系列令人困惑的内容描述了各种3D打印技术,但在航空领域经常使用的技术有:
 
  熔融沉积建模(FDM)。使用CAD文件进行工作时,零件是从地面逐层建立起来的,该机器挤出塑料长丝,并由喷嘴熔化,然后在沉积后硬化。
 
  立体光刻(SLA)。原始的3D打印技术。SLA机器通常用于塑料零件的原型制造,它使用激光或光线来固化液态塑料树脂。零件通常是从上到下,逐层建造的。
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  选择性激光烧结(SLS)。这与立体平版印刷方法类似,但是用液体树脂代替粉末材料与高功率激光器熔合在一起。因此,可以使用许多不同的材料,包括金属,玻璃和陶瓷。SLS的另一个优点是它不需要支撑结构,因为物体形成在提供稳定性的粉末床内。
 
  选择性激光熔化(SLM)。SLM激光器完全熔化金属粉末,而不是像SLS那样将它熔合在一起。这项技术创造了密集的组件,但目前仅限于某些金属。电子束熔化(EBM)以类似的方式工作。
 
  激光金属沉积(LMD)。通常用于发动机修理,也称为激光熔覆,这个过程使用激光在部件表面产生熔池。然后将材料作为粉末或丝线添加到熔池中。熔化的颗粒熔化并固化,同时操纵喷嘴以将所需的结构添加到部件。
 
  对于MRO公司来说,制造技术的选择是重要的,并且取决于要生产的部件的复杂性,使用的材料以及印刷和加工成品的时间。
 
  “当你观察通风孔等较小的部件时,可以使用FDM或SLS一次打印多个部件,但是对于像视频监视器防护罩这样的大型部件来说,游戏变得更加复杂, “萨法说。
 
  “FDM需要支撑结构与主要部分一起印刷,而且由于塑料在固化之前一会儿就是液体,所以我们不能将部件以不利的角度印刷。
 
  Safa还指出,SLS可以用来一次印刷多个零件,不像FDM,由于其需要支撑结构,当零件超过一定尺寸时,FDM一次只能被限制在一个零件上。
 
  他说:“借助SLS,我们可以使用相同的粉末床同一台机器同时嵌套三个甚至四个视频监视器导流罩。”
 
  由于航空监管的要求,萨法说,阿联酋航空的增材制造工艺限于两种热塑性塑料:用于熔融沉积项目的ULTEM和用于激光烧结的FR1200。然而,可以通过使用增材制造通过反转扫描图像来打印扫描部件的模具来探索其他选项。然后在称为真空热成型的过程中将片材塑料加热并在模具周围形成。
 
  添加剂的优点
 
  虽然原始设备制造商正在探索AM,以减少生产零件的重量和成本,但该技术为进一步降低供应链提供了额外的好处。Safa指出,“3D打印有助于在许多层面管理库存成本。”
 
  Safa表示,一个明显的优势是交货时间较短,对于某些客舱项目,交货时间可以从90天缩短到两天。自建功能还使公司能够减少备件的数量,从而降低存储成本,而在线反馈则可以持续改进增材制造零件的耐用性和性能,并可在每次新印刷时进行重新设计。
 
  汉莎技术公司已经生产了1000多个这样的零部件,虽然并非全部都是批量生产,但由于快速成型能力,每个故障只是轻微的挫折。此外,MRO可以利用其通用部件缺陷和损坏的经验来生产优化的3D打印版本。例如,在2016年,汉莎技术公司将六个部件合并为一个加工制造的空气烤架,证明比原装更可靠。
 
  增材制造项目经理Christian Carjell评论说:“使用增材制造来提高标准件是我们的另一个技术选择,因为它只需要数字模型作为生产基础,所以没有工具,没有固定装置,也没有昂贵的生产线。汉莎技术。
 
  Carjell补充说,3D打印为MRO提供了比原始设备制造商更具竞争力的优势,因为MRO可以利用零件的生命周期知识来生产自己的优质版本。
 
  法航工业 - 荷航工程与维护(AFI-KLM E&M)在不同类型的飞机上3D打印了200多个部件。该公司的创新领导人弗雷德里克·贝塞尔(Fredric Becel)表示,除了机舱部件制造和原型制造外,AM正在探索更复杂的应用,例如发动机维护。
 
  “从中长期来看,我们正在寻求增加与阿姆斯特丹激光熔覆工作相关的发动机部件维修能力,以及CRMA(AFI发动机维修分公司)重建发动机部件的特定区域通过金属线沉积,“他说。
 
  AFI-KLM E&M和Lufthansa Technik公司也都使用增材制造来快速模具制造。贝塞尔说,虽然一个标准的金属工具可能需要10个星期才能到达商店,但印刷的时间不到一个星期。
 
  增材制造的其他好处包括更换停产零件,以及为特定客户的需求量身打造更轻更功能的零件。
 
  “传统的生产方式不能产生新技术所能达到的复杂形式或高度集成的功能。这将为飞机客舱区域的客户提供更多新设计,“Becel说。
 
  霍奇森也同意这一观点,预测定制化的强劲需求将推动3D打印塑料机舱部件在未来五年的激增。他还指出了传统注塑的一些固有问题,如模具成本,库存和设计限制。
 
  他说:“主要航空公司和原始设备制造商现在正在进入能够开发行业范围的做法,以便采用塑料AM。
 
  转移到金属
 
  供应链各个层面的增材制造应用正在增加。通用电气航空公司已经表示,该技术可以将其新的先进涡轮螺旋桨飞机计划(ATP)的成本削减五分之一,开发时间缩短一半。制造商计划通过3D打印来构建新引擎零件的三分之一。通用公司还使用1米(3.3英尺)的粉末床,试图将增材制造进一步纳入生产性的Leap发动机,该发动机已经具有3D打印的燃料喷嘴。
 
  劳斯莱斯还将大量的资源投入到技术中。它在2015年通过了一个重要的里程碑,当时它为T达XWB发动机印刷了一个1.5米宽的前轴承箱。由钛制印刷,壳体包括48个叶片,这些叶片是使用EBM机器单独印刷的。为了建立未来应用的商业案例,该项目的目标之一是最大限度地利用钛粉。
 
  然而,这些增材制造应用需要大量投资和测试,这可能会使航空公司和MRO供应商无法获得更先进的部件。
 
  例如,金属零件可以通过SLS,SLM或电子束熔炼来生产,其中金属粉末熔融或融合在一起以形成复杂的几何形状,甚至是传统制造技术无法复制的空心零件。
 
  原则上,这个过程与MRO用于生产塑料机舱部件的过程非常相似,但是金属增材制造部件可以比轧制的金属坯体表现出更低的静态强度和疲劳强度。这部分是由于成品AM部件的颗粒表面。以维护为重点的组织可能会决定克服这些工程挑战最好留给原始设备制造商,而他们把重点放在对原型,生产和认证更简单的零件上。
 
  阿联酋航空工程公司的Safa说:“目前我们正在研究的是小型,中型和大型非承重机舱塑料部件。
 
  在3D Systems,Hodgson也看到了非结构性塑料部件的增材制造的最近的未来,至少在OEM之外。“随着航空公司能够识别越来越多的AM部件,他们可以将他们的传统工具要求转换为数字CAD文件,并且可以将几百个部件的多个备件的实物库存转换为现场制造原料塑料作为库存,“他说。
 
  霍奇森认为,随着航空领域技术的完善以及其他行业的投入,金属部件的广泛采用将随之而来。
 
  “在过去的三年里,航天工业一直在严格推动结构金属部件的质量认证,如重量轻25%,抗拉强度提高,生产时间大大缩短的卫星托架。同样的情况也会出现在商业航空领域,但是由于数量更多,资格要求更严格,这需要一些时间来发展,“他补充道。
 
  最后,霍奇森认为,增加航空公司和MRO供应商对增材制造的采用,将推动内部制造商在设计时考虑技术,创造一个“需要AM作为核心竞争力,而不仅仅是利基应用”的反馈环路。
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点击次数:  更新时间:2018-01-12 08:22:33  【打印此页】  【关闭