產品開發的快速通道

關于增材制造的能力無需過多贅述，因為設備本身就是一個活生生的證明。早在2012年的時候，空客只有一臺250W（250*250*280mm）的LBM設備投入了使用，而現在使用中的設備有二到四臺400W/1kW(最大尺寸800*400*500mm)的激光設備，這一爆發性的擴張趨勢將隨著未來十年里將出現的多重激光器的到來一直持續。

對于公司的中期（2020年起），低成本產品的商業案例也是可行的。伴隨著目前已完成的250多個金屬增材制造項目，空客七年來學到的關鍵啟示是增材制造將能夠實現高度一體化和多功能的產品，在未來的生態和環境足跡方面將有很大的機會。

材料、加工和設備

首先是材料，由于未來的業務案例，空客首先專注的材料是鈦（Ti6-4），隨后是Inox，Inox計劃在2018年底開始鋁的應用。從2015年底開始，用在Ti6-4鈦上的激光束熔或電子束熔（LBM/EBM）的增材制造工藝已經達到了TRL6的級別，另外，首個低速率系列部件也又空客的子公司Premium Aerotech在2015年底完成。

對于一系列的應用來說，從2018年開始在Scalmalloy上還有一次機會，Scalmalloy是空客子公司AP-Work經營的一種高性能鋁合金。2018年開始，空客將會有第一組增材制造材料用于開始真正的系列化生產。未來增材制造系列應用的最大挑戰之一是低成本金屬粉末的有效供應，因此看到全世界圍繞著這一未來的需求而運轉，是非常令人愉悅的。

其次到工藝，熔融沉積成型（FDM；使用Stratasys Fortus的設備）目前已經連續兩年用于加工空客的A350部件，使用聚酰胺（PA）的選擇性激光燒結（SLS）已被用于空客新的Beluga運輸機的支架和直升機的第一系列應用和展示部件的加工。而由于阻燃性能有限，這個技術至今沒有運用到民用飛機上。

最后到設備，增材制造設備供應商的數量正在迅速持續增長，使得世界市場的競爭越來越激烈。從工業的角度來看，在制造中的高質量的設備將在未來自動化增材制造設施中扮演關鍵性角色。在未來十年里，我們將看到很多不同設備尺寸和特定部件的增材制造設備，以及多功能增材制造系統。比如說，一個荷蘭的設備商能提供一個熱處理一體化設備，而DMG Mori的銑削中心則一體化了一個HDR同軸送粉增材制造設備。

在飛機上的第一步

2014年二月，空客經過為期兩年的項目，首次向一家航空公司提供了第一臺3D打印的FDM備件，并重新設計了一個三十年歷史的客艙座椅部件手動繪圖。3D打印設備是純數字化的產品，它生產的數量是根據空客的要求而彈性地制定，而不是根據死板的庫存計劃而定。

從2014年開始，新的A350試驗飛機上首批數百架飛行試驗架FDM應用，并且首先使用LBM工藝生產的鈦仿生座艙支架，并經過兩年的測試后, 2014年6月在A350上采用了新的拓撲優化設計方法（圖一）。 正如這些實驗在增材制造的實際工業用途上已經展現的技術可行性和未來潛力，它們也已經極大地幫助了空客未來的增材制造應用的發展。

圖一：通過LBM加工的鈦合金仿生客艙支架。

在飛行安全相關液壓部件中已經展現了增材制造的能力。 到目前為止，大部分LBM項目已經生產了，其中95％由空中客車公司合作伙伴Laser Center North（LZN），Hofmann Innovation Group，Toolcraft和AP-Works等公司負責生產。

應用案例

高速研發進程。測試中的高科技目標（THOR）飛機，一個幾乎完全由塑料和幾個鋁制零件打印的3.7米可飛行平臺，飛行重量小于25公斤。 圖2顯示了正在使用的THOR飛機。

圖2.飛行中的高科技目標（THOR）飛機，純粹的增材制造產物。

飛行測試LBM硬件。在幾臺A350 / A330NEO測試飛機上測試了鈦、不銹鋼和鋁部件的性能，包括用于垂直尾翼的鋁合金相機蓋（圖3）。


圖3.使用LBM生產用于垂直尾翼平面的鋁相機蓋。

首批在飛機構造上使用的鈦。 首款于2016年交付的高性能AEROTEC（PAG）鈦雙壁燃料連接器取代焊接鑄件組件的成本降低了約50％，因為不需要鑄造工具，并且交貨時間從幾個月降至11周（ 圖4）。


圖4.替代焊接鑄件組件的鈦雙壁燃料連接器。

首批拓撲優化鈦支架。 A350飛機的第一個連續PAG增材制造的零件，其重量到2017年第四季度將能減少30％。

飛行安全相關增材制造的液壓部件。 2017年3月30日，在A380飛機上首個飛行安全相關增材制造部件使飛行重量減少了35％（圖5）。


圖5.這種與飛行安全相關的增材制造的部件減輕了A380飛機35％的重量。
 

從第一個部件到清潔薄片設計

進入增材制造新領域的第一步是1：1的可替換的增材制造部件，而下一步是重新考慮完整的部件，目標是充分利用通過增材制造免費的多功能、高度一體的“清潔薄片設計”。 這可以是具有三部分組件的液壓單元或支架，其以前由126個部件和鉚釘制成。 這意味著大約有120個零件成本的零件，使組裝減少了95％（而沒有模具維護，庫存和物流）。

 增材制造允許我們真正重新考慮一種產品，例如將巨型睡蓮結構復制到擾流板中，或將超薄模具的成長轉移到設計數學中，如3D設計軟件公司Autodesk和其他合作伙伴的Bionic-Partition項目所示。 該項目展示了與未來增材制造生產相關的通用設計方法的功能，從而減少了45％的飛機重量，因此將可以為每架A320飛機每年節省約3噸燃料（圖6）。
圖6. Bionic-Partition項目展示了與未來增材制造生產相關聯的通用設計方法的功能，為A320飛機每年節省約3噸燃料。

展望2025

2016年，我們在10所大學和研究機構的幫助下開始制定2025年的景愿，著眼于產品快速開發、無需模具、按需生產、減少原材料需求、減少重量變化， 更多的使用增材制造。

為使增材制造市場繼續發展，必須組織和開發完整的工業化體系。 最大的挑戰是了解“清潔薄片設計”未來的產品機會，并開發所有必要的設計原則和工業軟件解決方案。 那么所有這一切都必須得到驗證，包括新的要求和政府的認可。