金屬替代新時代到來!空客開發高強復合材料支架

2014年,一件3D打印的空客A350 XWB支架連接器因徹底改變了飛機構件的制造方式和民用飛機的“輕量化”途徑,從而入選“德國工業創新獎”。這個用于固定飛機機翼和發動機的部件因具有復雜的幾何結構而無法采用傳統工藝制造,但3D打印這種新的制造工藝卻將其塑造為現實。這種跨行業的開發形式不僅獲得了卓越的質量,更具有經濟價值,從而促進性了它的批量化應用。
  
空客公司表示,通過整合這些零件的生產流程,3D打印使其對供應鏈的控制力更強。同時,在中等制造數量下,金屬3D打印比傳統工藝更具成本效益,且大大縮短了交貨時間。在需求可能不可預測的行業中,這是一個重要的權衡因素。
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這個相對較為復雜的支架,過去采用鋁合金銑削制成,在加工時會產生大量浪費。而采用鈦合金3D打印,結構的優化使其重量減輕了30%以上。在飛機制造過程中使用金屬3D打印的重要依據是該技術實現了幾何自由并能夠減輕重量。“輕量化結構”能夠幫助航空公司更經濟地運營飛機。新的飛機設計需要數千個飛行測試安裝支架,這些支架的生產單位數量非常少,而增材制造技術則允許設計師嘗試新的結構。
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多年過去,3D打印工藝和材料科學獲得了進一步發展,“輕量化”和“仿生學”也指向了一個新的趨勢??湛驼谘芯?D打印復合材料支架制造代替鈦合金的可能性。據Arris稱,將220克的金屬支架進行拓撲優化后采用連續纖維復合材料3D打印可以使零件重量減輕75%到50克。
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Arris Composites聲稱,金屬替代的新時代已經到來,機加工、3D 打印、金屬鑄造、金屬注射成型和金屬包覆成型的產品可以被卓越的復合設計替代。連續纖維+熱塑性塑料復合制造實現了高強度和輕量化零件的批量生產,通過這種新工藝,可以以與塑料成型產品相同的速度生產高級碳纖維材料,而碳纖維零部件替換鈦材料,可使重量減輕78%。