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专家讨论航空3D打印对行业的影响

时间:2020-07-30 09:12 来源:中国3D打印网 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃
        中国3D打印网7月30日讯,在3D打印领域女性组织(Wi3DP)进行的虚拟小组讨论中,航空航天增材制造(AM)的三位领先专家谈到了该技术在整个行业中的影响。实时活动由AM Cubed创始人Kristin Mulherin主持,并由AM软件和服务公司AlphaSTAR和Link3D支持,其中包括波音增材制造总工程师Anna Tomzynska,GE航空总工程师Deb Whitis和相对论空间添加剂高级工程师Eliana Fu。小组讨论了增材制造流程中的许多潜在挑战,以及增材制造在航空航天领域的优势以及内部印刷与外包印刷的优势。
         Whitis和Tomzynska都谈到了他们的公司如何克服一些大障碍,例如原始设备制造商(OEM)和航空航天公司之间需要牢固的合作关系,以确保AM机器平台的质量和一致性以及过程可复制性。从这种意义上讲,Whitis解释了开始进行整个行业的修改以减少机器变化的源头或至少使设计能够处理这些变化的关键性。
          在通用电气航空服务了25年以上并同时负责物料组织管理的Whitis认为,谁在这里负担?我认为这是艰苦的斗争:每个人都应共同努力,以找到变化的不同根源的根源。无论是与机器本身,原材料,预处理还是后处理有关的问题,我们都需要依靠良好的沟通。”她在GE添加剂公司工作了两年。

嘉宾:Anna Tomzynska,Deb Whitis,Kristin Mulherin和Eliana Fu(图片由Wi3DP提供)
        对话很快演变成相对论的AM方法,用于开发航天器,以及3D打印整个火箭的好处。对于Eliana Fu来说,答案很简单:交货时间,她认为AM是最畅销的产品。为了证明她的观点,过去曾在航空航天制造商SpaceX工作的Fu回忆起她上次向工厂询问如何为AM订制钛板的问题。“基本上,我被告知,如果今天要订购钛板,将需要56周的时间才能收到。我忘记了这种时间表是正常的。但是,作为一家创业公司,您面临着来自所有大公司的竞争,您意识到自己无法与之竞争。例如,卫星客户希望现在或很快进入轨道,因此您购买AM的时间就是交货期-在我们的情况下,是为我们的客户更快地进入太空。”
          Relativity的关键资产之一是其定制的金属3D打印机Stargate,该公司声称这是世界上最大的打印机。通过专注于其独特的高功率激光和等离子弧技术,并接管了公司内部几乎所有的火箭零件生产,他们发现学习曲线显着提高,从而使迭代过程更快,更好。他们仍然选择在可行的情况下外包给顶级供应商,以避免浪费时间,但是相对论的自家生产正在以Fu声称的前所未有的速度发展。

Relativity Space的Stargate AM机器(图片由Relativity Space提供)
          随着卫星,运载火箭和航天器的制造不断增长,航天工业蓬勃发展,激发了人们对加快零件生产速度的技术的兴趣,而用于太空应用的增材制造对于未来的轨道至关重要。根据SmarTech在2017年发布的最新航天行业AM预测,到2027年,航天工业的增材制造零件的全球收入预计将达到47亿美元,带动AM设备,软件和材料的年销售额接近10亿美元。  火箭发射,太空项目和商业活动一直在增加。甚至有国家太空计划的国家名单也出现了高涨。自1950年代以来,卫星产业以迅猛的速度发展,到2019年,有2500颗活动卫星在绕地球轨道运行,在未来十年中,这一数目可能会翻两番。这不足为奇,因为到今年年底,数百颗卫星将被送入轨道。仅SpaceX希望到2030年发射多达42,000颗卫星的选择,尽管并非没有科学家和担心太空环境相当拥挤的卫星观察者的严重关注。随着技术的不断发展,AM提供的设计自由度将被证明是航天工业的理想选择。

          在地球和太空前沿之间架起桥梁是航空航天业中许多公司的头等大事,但波音和通用电气等大型公司仍需要将其增材制造的大部分精力集中在飞机部件上,无论是用于商业还是军事领域–这意味着他们必须遵守严格的权限准则,例如美国联邦航空管理局(FAA)。正如Tomzynska所描述的那样,真正复杂的组件很适合添加添加剂,但是它们仍然需要遵循严格的控制措施。这不适用于相对论等基于技术的新型太空创业公司。傅认为,将精力集中在商用无人火箭上意味着他们必须足够坚固以承受振动发射,但要给公司更多的回旋余地来承担增材制造零件的风险。
          进入商用飞机的任何AM组件都需要详细的流程和资格认证流程。波音公司已经在各种平台上飞行了70,000多个3D打印零件,主要是非结构加载的组件,其中90%由聚合物材料制成。在通用电气公司的案例中,除了有80个零件需要进行货架和堆放外,惠特斯公司还拥有20个即将通过通用电气添加剂扩展认证的组件和用于波音777X的GE9X高旁路涡扇发动机。与波音公司不同,与相对论一样,GE选择的添加剂材料99%金属。
 俄亥俄州皮布尔斯试验台上的GE9X发动机
  俄亥俄州皮布尔斯试验台上的GE9X发动机(图片由GE Aviation提供)
         当被问及如何平衡阻碍AM零件鉴定过程的优势和限制时,Whitin说使用AM零件有很多好处。通过设计具有有机形状的组件,不仅可以加快产品上市速度,减轻重量并提高性能,而且公司现在可以从制造多个零件到仅打印一个零件。尽管可能需要花费很多年和大量的时间来认证组件,但出于性能和上市速度方面的优势,还是有充分理由使该组件购买了引擎。
          Tomzynska补充说明了增材制造将如何帮助解决航空航天制造方面的问题,她建议,每当一项新技术可供行业使用时,无论是从成本还是进度方面都必须受益,这就是为什么添加剂是一种优势。强调工程师需要找到能够很好地适用于技术的复杂零件。
          作为首批具备太空飞行功能的电子功能3D打印产品之一,波音公司的3D打印金属卫星天线就是通过3D打印改进的理想复杂零件的一个很好的例子。通过单个3D打印单元,船尾指令天线取代了将多个零件固定在一起的旧设计。较轻的3D版本仅花费了一个星期的时间就完成了,这是对以前的传统较重产品的重大升级,而该产品花费了数月的时间。 Tomzynska说,增材制造零件也经久耐用。该天线有望在轨道上停留15年。
         Tomzynska负责监督整个公司从波音民用飞机到波音全球服务公司的添加剂的插入,他说:“对于任何关键部件,我们都会进行资格和认证测试的所有尽职调查。在波音,我们执行从静态到振动的环境测试,全面评估应用组件。由于这是一项新技术,因此我们会尽力提前了解该组件的性能。”
 波音用于AMOS 17卫星的3D打印天线
  波音用于AMOS 17卫星的3D打印天线(图片由波音提供)
          该小组认为,增材制造的最大障碍包括教育人们设计加法而不是传统方法。为整个行业的添加剂技术和所有航空航天公司使用的标准许可;扩展增材制造工艺,并认证新材料。在Relativity的3D打印机的鼓励下,Tomzynska可以制造大型金属物体,例如火箭的燃料箱,这反映了AM中目前在构造和体积上的一些局限性以及大幅面打印将为飞机带来怎样的创新机会。但同时也警告说,大型组件之间的材料一致性可能是一个问题。

        小组讨论结束时,Whitis回顾了在如此短的时间内发展了多少AM技术用于太空,强调了GE添加剂是如何通过打印喷气发动机燃料喷嘴而开始的,但很快又发展成为一种新的系统设计思路 。 她说:“我们已经基于拥有这种制造方法的能力来重新设计系统,从而取得了很大的进步。当您超越组件级别时,它会变得更加强大,而在系统级别上,它会变得更加强大。”

       中国3D打印网点评: 加快AM在航空航天工业中的作用,为影响飞行的未来提供了新的机遇,这使我们有兴趣了解下一代飞机的潜力。 在需要创建更轻,更高效的设计,更低的成本和更快的构建时间的鼓舞下,专家组的领先专家表示他们希望继续采用该技术,并渴望扩展其应用范围以解决未来面临的许多挑战。

       中国3D打印网编译文章!

(责任编辑:中国3D打印网)

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