空中客車是3D打印領(lǐng)域的全球開拓者，空客在德國(guó)不來(lái)梅建立了3D打印技術(shù)中心，推動(dòng)3D打印技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。至今，空客已經(jīng)將3D打印技術(shù)應(yīng)用于塑料備件、金屬支架、機(jī)艙仿生隔離結(jié)構(gòu)等多種飛機(jī)的零部件生產(chǎn)領(lǐng)域，其功能集成化的飛機(jī)液壓件也進(jìn)行了首次試飛。

   空客新興技術(shù)與概念部門的3D打印專家Peter Sander 既是增材制造技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的先行者，又是對(duì)空客3D打印技術(shù)發(fā)展感觸很深的人。本期，3D科學(xué)谷將與谷友一起來(lái)看看他對(duì)空客推動(dòng)3D打印技術(shù)的描述以及對(duì)中小型企業(yè)如何利用3D打印技術(shù)的建議。

內(nèi)部協(xié)同創(chuàng)新

    空中客車公司在不來(lái)梅的材料和工藝開發(fā)人員已經(jīng)在3D打印領(lǐng)域工作超過(guò)15年，最初他們的關(guān)注點(diǎn)是塑料3D打印以及快速原型的應(yīng)用，但在最近的5到10年時(shí)間內(nèi)，3D打印技術(shù)對(duì)空客的影響發(fā)生了很大改變，現(xiàn)在幾乎所有空客人都認(rèn)識(shí)到3D打印的巨大潛力。

     2010年，空客內(nèi)部成立了一個(gè)“創(chuàng)新小組”，成員來(lái)自空客內(nèi)部多個(gè)部門，是一個(gè)跨部門、跨學(xué)科的組織。其目的是開發(fā)創(chuàng)新技術(shù)，并在工作實(shí)踐中運(yùn)用這些技術(shù)。創(chuàng)新小組最初的重點(diǎn)是3D打印和自動(dòng)化設(shè)計(jì)，小組與空客內(nèi)部專家進(jìn)行溝通，并尋找可能通過(guò)3D打印技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新與制造的應(yīng)用。

     為此創(chuàng)新小組在歐洲空客內(nèi)部發(fā)起了一項(xiàng)活動(dòng)，活動(dòng)的目的是讓內(nèi)部專家提出與3D打印技術(shù)應(yīng)用相關(guān)的建議。在2014年，小組在短短六周之內(nèi)收集到了200條建議。經(jīng)過(guò)三個(gè)月的分析與探索，有13個(gè)具有3D打印可行性的項(xiàng)目被篩選出來(lái)，并提交給空客集團(tuán)高層。

     這一活動(dòng)收獲是，空客決定在歐洲建立一個(gè)3D打印平臺(tái)，以促進(jìn)在工業(yè)過(guò)程中引入3D打印，2014年底以來(lái)，該平臺(tái)已在整個(gè)空客商用部門(如客機(jī)制造)中運(yùn)行。平臺(tái)的具體工作是進(jìn)行打印材料和工藝的開發(fā)，創(chuàng)建新的設(shè)計(jì)，并審查適合3D打印應(yīng)用的案例，該平臺(tái)在歐洲擁有40多名員工，他們負(fù)責(zé)推動(dòng)3D打印在空客內(nèi)部的應(yīng)用。去年，空客向平臺(tái)投資了1000萬(wàn)歐元，而今年的預(yù)算與去年基本持平。

空客3D打印鈦支架，已安裝在A320neo和A350 XWB測(cè)試飛機(jī)上使用。

      那么，空客的3D打印平臺(tái)取得了哪些成績(jī)呢？Peter Sander 表示，2014年以來(lái)，空客向客戶交付了第一個(gè)3D打印的塑料飛機(jī)備件，并開發(fā)了一些3D打印的零件，例如進(jìn)行了首次試飛的3D打印鈦支架。這對(duì)于驗(yàn)證3D打印在航空制造中的可行性是具有重要意義的。2017年，空客還與德國(guó)利勃海爾合作進(jìn)行了3D打印鈦合金液壓元件的試飛，該液壓件比傳統(tǒng)液壓件重量減輕55%?？湛偷哪繕?biāo)是在2020年實(shí)現(xiàn)該3D打印液壓件的量產(chǎn)。

空客與利勃海爾開發(fā)的3D打印液壓件。

    這也體現(xiàn)出空客的3D打印應(yīng)用發(fā)展軌跡，即從最初實(shí)現(xiàn)少量可行性高的3D打印零部件的生產(chǎn)，到實(shí)現(xiàn)更多核心零部件的3D打印生產(chǎn)。

Peter Sander 提到的空客創(chuàng)新小組，讓3D科學(xué)谷想到GE 航空的增材技術(shù)中心，他們的共同之處是建立跨部門之間的合作，從不同學(xué)科角度考慮3D打印技術(shù)的適用性，找出適合通過(guò)3D打印技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新的零部件。參考閱讀：“看GE航空15萬(wàn)平方米的增材技術(shù)中心怎樣通過(guò)3D打印推動(dòng)創(chuàng)新？”

評(píng)估3D打印的適用性

    對(duì)于空客3D打印平臺(tái)來(lái)說(shuō)并不是所有零部件都是的潛在“目標(biāo)”，其目標(biāo)主要包括通過(guò)3D打印技術(shù)按需生產(chǎn)備品備件，并且對(duì)于一些復(fù)雜零部件進(jìn)行創(chuàng)新與優(yōu)化，比如說(shuō)通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)與3D打印使航空航天零部件變得輕量化，以及通過(guò)3D打印技術(shù)制造更多具有高度功能集成化的零件。Peter Sander 認(rèn)為這將代表產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一個(gè)階段性變化，制造高度功能集成化、輕量化零部件的能力，將使3D打印技術(shù)成為主流。

      當(dāng)然，目前通過(guò)3D打印技術(shù)進(jìn)行零部件創(chuàng)新還受到材料的限制。Peter Sander 舉了一個(gè)例子，空客使用的鋁合金材料種類很多，并不是所有的鋁合金材料都適合3D打印，比如說(shuō)空客曾開展了一個(gè)3D打印衛(wèi)星鋁制冷卻板的項(xiàng)目，這是極端溫度常見的區(qū)域，因此熱平衡很重要。制造這個(gè)部件的合金材料比較特殊，空客與Fraunhofer 研究所合作，評(píng)估了5種材料的3D打印適用性，包括將它們研磨成粉末并進(jìn)行驗(yàn)證。其中兩種材料是適合3D打印的。

對(duì)中小企業(yè)應(yīng)用3D打印的建議

    對(duì)于空客這樣的大型航空航天制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，不僅對(duì)于產(chǎn)品創(chuàng)新有著巨大需求，而且能夠?qū)π录夹g(shù)、新工藝的應(yīng)用投入充足的人力、物力、財(cái)力支持，3D打印技術(shù)首先在空客這樣的大型企業(yè)中落地生根幾乎是順理成章的事情。但是，大量中小型制造企業(yè)并不像空客那樣能夠?yàn)?D打印技術(shù)的應(yīng)用提供充足的土壤，那么中小企業(yè)是否值得在現(xiàn)階段涉及3D打印技術(shù)呢？

     Peter Sander的認(rèn)為是值得的，但重要的是，中小企業(yè)應(yīng)該冷靜的審視哪些零件或產(chǎn)品能夠從3D打印技術(shù)中獲益，是需急需交付的少量部件？還是非常復(fù)雜的零部件？諸如此類的產(chǎn)品都是值得考慮用3D打印技術(shù)進(jìn)行制造的。空客的經(jīng)驗(yàn)是，從相對(duì)容易執(zhí)行的零件開始，逐漸積累3D打印的經(jīng)驗(yàn)。

     Peter Sander 還建議到，雖然中小企業(yè)缺乏3D打印經(jīng)驗(yàn)的積累，并且不了解新制造技術(shù)的全部潛力，但是他們可以通過(guò)對(duì)外合作尋求幫助，畢竟對(duì)于單個(gè)公司而言，創(chuàng)新成本是非常高的，因此建立起一個(gè)合作關(guān)系網(wǎng)可能會(huì)為中小企業(yè)提供幫助。在實(shí)踐中，空客的打印材料研發(fā)、仿生設(shè)計(jì)等工作也從外部合作伙伴那里獲得了很多支持，空客的合作伙伴包括多家研究所、大學(xué)。

    Peter Sander 建議中小企業(yè)可以與領(lǐng)先的合作伙伴共同將產(chǎn)品原型開發(fā)出來(lái)，在可以進(jìn)行量產(chǎn)的階段再大量投入，通過(guò)這種方式開發(fā)3D打印應(yīng)用，早期的投入并不是非常高，企業(yè)對(duì)于增材制造的投入可以循序漸進(jìn)的進(jìn)行。