3D 打印简化航空供应链

作为创新者和新技术的最早使用者，航空业在 20 世 纪 80 年代引入原型制造时就开始应用增材制造 （AM）。在 2003 年，波音获得批准在 F-15 战斗 机中使用增材制造的钛合金部件来取代原有部件。

GE Aviation 后来也获得美国联邦航空管理局（FAA） 的批准，生产用于 LEAP 发动机的增材制造燃油喷嘴。这个 喷嘴展示了增材制造零部件可以带来的诸多好处：喷嘴的零 件从 20 个减少到 1 个，整体重量减少了 25％，耐用性增加 了 5 倍。

波音公司现在为 787 梦想飞机制造 3D 打印的钛合金零 件，这将是第一个 3D 打印的结构件，可以承受飞行中机身 的压力。通过这种方法，波音可以为每架喷气式飞机节省高 达 300 万美元。

增材制造技术的非凡能力为制造业推开了新世界的大 门，它能提供成本节约、劳力节省、重量减轻和零部件简化 等诸多优点，这些变化可能对供应链产生重大影响。以往需 要压铸和机加工的多个零件和子组件，现在可以作为单个零 件进行 3D 打印。更少的零件和子组件意味着更少的工具和 劳动力，减少了制造链中的流程，并加快了上市时间。

今天的生产场景包含如下步骤：设计生产零部件，设计 设备和模具以生产原型，测试原型，修改原型和工具，再重 复上述过程。增材制造则能越过设计设备和模具这一步骤， 节约大量时间和费用，直接得到原型。原型的修改可以在 CAD 文件中进行，这让公司能快速进行多次设计上的更新迭 代。根据德勤的一项研究，当航空航天和防务公司从传统制 造转向增材制造时，原型生产的时间能节省从 43％到 75％不 等。这对于订单积压已成为常态的航空业来说非常重要。

增材制造还可以大大降低库存水平。为了避免任何飞机 停飞的可能性，航空公司需要备有可能从未使用或过时的备 件，而增材制造则免去了这一要求，因为公司可以按需进行 3D 打印。零部件可以在使用地点附近生产，而不必远距离 存储和运输。

Roland Berger 管理咨询公司表示，凭借这些优势，预 计到 2023 年，3D 打印市场将超过 40 亿美元。我们在对此 欢呼雀跃的同时，也要注意，尽管有着种种优势，但增材制 造也面临着一系列挑战。

增材制造大道上的路障

从设计的角度来看，增材制造有其独特之处。设计灵活 性通常是指其几何形状，因此需要考虑许多其他变量和约束。 例如，工艺参数的微小变化（如材料储存温度和湿度）会影 响沉积材料的微观结构，并改变最终产品。

目前，没有正式的标准来有效确保增材制造进行大规 模的部件生产的可行性。在制造商投资 3D 打印飞机零件 之前，他们必须能够证明该工艺的可重复性和可预测性， 以始终如一地制造符合规格的可靠零件。如果没有强大 的仿真功能来捕获材料和过程的物理特性及变化，就无法 实现这一点。

新材料通常需要新的制造方法。对于增材制造，现有的 CAD 程序有所限制，特别是在与仿真信息集成时。该过程通 常是手动的，需要多次迭代。这些问题说明增材制造开发工具 的重要性，需要将仿真集成在工具中，这是实现全程数字战略 的重要组成部分。在单一的协作平台上通过一个数据集来贯穿 设计、开发和制造的各个阶段，显然可以支持这样的策略。

此外，以增材制造为核心的未来制造战略，将通过即 时库存管理来减少库存，改善原料管理，并提高效率。这 也体现了全程基础结构——单一的协作平台的重要性，它 帮助企业实现整体制造业务的数字可视化，也包括其供应 商在内。

增材制造为飞机制造商提供了简化供应链的机会，能 生产高度定制化的飞机零件，以及使用更高效、轻质的材料。 为了充分发挥增材制造的优势，必须从根本上改变设计和 制造流程，以实现更快的生产流程，从而确保大规模的高 一致性的质量，并最终帮助航空业实现面向未来的创新。

□ 本文译自 Aerospace Manufacturing and Design 杂志

作者：Rani Richardson，Dassault Systèmes 轻量化工程 CATIA 技术销售总监