發布日期：2022-10-09 點擊率：73
航空業顯然處于高質量金屬3D打印應用的最前沿，作為OFweek3D打印網的讀者，您可能已經注意到，航空巨頭空中客車對于這項技術尤為感興趣。我們曾經多次報道過，該公司已經在飛機上使用了大量3D打印的小零件，而在本月早些時候，該公司甚至對一臺部分3D打印的飛機發動機進行了測試。然而，空客的野心并不止于此，他們還在嘗試將3D打印用于開發新的制造工藝。比如當下，該公司就與歐特克（Autodesk）的The Living設計工作室合作，為其空客A320飛機開發了一個大尺寸的“仿生”機艙隔離結構。據了解，這種結構是用一種被稱為scalmalloy的新型超強、輕質合金材料使用直接金屬激光燒結成型技術3D打印而成的。
雖然如今在空客的飛機上3D打印的金屬零部件已不鮮見，但是這還是首次將金屬3D打印部件用于飛機機艙的設計。與現有的隔離結構相比，這種新型的仿生隔離結構有幾個不同的部件組成，不僅強度更高，而且將其總量減輕了55磅。根據開發人員的計劃，它將用于分隔客艙后部的廚房區域（見下圖）。空客公司預計會在2016年初對這些仿生隔離結構進行測試，如果通過的話，它們會從明年開始被安裝在每一架新制造的空客A320飛機上。
歐特克的The Living設計工作室在這一開發過程中發揮了關鍵作用。據工作室負責人David Benjamid透露，在開發時，該隔離結構被分解成了一系列單獨的組件。“我們的目標是要減少30%的重量，所以使用生成式設計（generative design）真的非常必要。我們有非常清晰的目標和約束條件。該隔離結構只能通過四個點連接到飛機機身上。我們還需要能夠滿足在必要時可以拆掉該隔離結構，從而使擔架能夠進入機艙。為此我們在設計中將仿生學與算法設計相結合。”他說。然而，最后的結果是將重量減輕了45%，為客艙設計創造了一個新的紀錄。空客估計，如果將同樣的方法應用到整個客艙，每年可減少465,000公噸的C02排放量——相當于96,000輛汽車從路上消失。
據了解，這個仿生結構的設計思路實際上是將結點像蛛網那樣相互連接，使得材料的用量達到最小。更重要的是，這種結構設計能夠保證如果有多個節點因受到沖擊而斷裂的話，其整體結構還將保持在正確的地方。而且，一個獨立的隔離結構總共需要122件3D打印的部件——它們需要7個批次進行分別打印。研究人員還使用定制的算法為其設計出了蜂窩式結構，這種結構特別適合航空零件的高強度、低重量要求。
顯然，用于3D打印的材料也是此次提升結構效率的關鍵。研究人員使用的是神秘的scalmalloy——這是由空客子公司APWorks開發的一種鋁-鎂-鈧合金，打印則使用的是直接金屬激光燒結3D打印機。空中客車公司創新經理Bastian Schaefer說：“鈧（scalmalloy中的稀土添加劑）增強了scalmalloy的強度性能，使其具有非常高的強度。我們對它的斷裂條件進行了測試，結果它的表現比其他任何當前的合金材料要好，由于其出色的機械性能，它在斷裂之前還會有所延展。”
不過，這種材料唯一的缺點是3D打印速度太慢，但Bastian Schaefer補充說，改進的3D打印機有可能解決這一問題。“生成速度是一個問題，但在接下來的三年里，我們相信它將變得更好。”他說。
空客公司進一步透露，這種生成式設計，由于能夠充分利用云計算的無限計算能力，因此非常適合設計針對非常具體的目標和約束條件的3D打印零部件。“生成式設計、增材制造和新材料的發展正在改變像空客這樣創新公司的制造形態。”歐特克公司首席技術官Jeff Kowalski說：“這不只是一個有趣的假設性實驗——這是一個全功能的組件，我們可以期望在不久的將來看到它被部署到飛機上。我們很期待能夠與空客公司進一步合作，為其當前和未來的飛機設計新的部件。”
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