空客批量化生产3D打印钛金属零件的背后

钛是昂贵的材料，3D打印技术对减少钛金属的浪费起到重要的作用。两大飞机制造商空客和波音都已尝试通过金属3D打印技术直接制造钛合金飞机零部件，从而有效的控制钛合金零部件的制造成本。

2017年9月，空客宣布首次安装3D打印钛金属零件在批量化生产的A350 XWB系列飞机上。根据空客，3D打印零件已经在其一些系列生产的空客飞机包括A320neo和A350 XWB测试飞机上使用，这款3D打印的零部件是由钛制成的支架，可以装配到飞机吊架中，该平面的部分有效地连接机翼和发动机。虽然这款3D打印的零件尺寸不大，但它在吊架结构中起着重要的作用。
据悉，这款3D打印零件是由美国铝业分拆出来的Arconic生产的。最重要的是，通过使用粉末床激光熔化系统，可以很快地生产多个零件。这允许Arconic为A350 XWB生产批量的支架。根据另外的协议，Arconic还将为A320生产其他钛和镍材质的3D打印零件。其中一个协议的内容是Arconic将为空客的A320系列飞机提供由高温镍超合金制成的3D打印管道部件。先进的镍超级合金让这些部件有卓越的耐热性，使热空气从发动机扩散到机身的其他部分。

根据Arconic,支架的制造过程来之不易，不仅仅考验对3D打印技术的了解，还考验相关的材料处理技术。此外，3D打印钛零件比钴和镍零件要硬一些。这种材料对3D打印过程中的气氛和打印参数更为敏感。不能简单地认为购买一台3D打印机就可以开始生产零件了。相反，对于机器及其参数（如激光功率和激光扫描路径）需要进行不断的调整，以确保所制造的零件质量和可重复性。

即便是将设计师所认为的完美的模型数据输入到3D打印机中，当完成3D打印的时候，通常会发现从打印机里面出来的产品并不具备完美的尺寸要求。当打印这些零部件的时候，任何轻微的改变都可能会导致尺寸问题。据了解到Arconic在开始生产之前，对原型零件进行了大量的建模和测试，以便在实际3D打印过程中实现满足客户所要求的零件规格。

Arconic的母公司是全球轻金属技术、工程与制造的领导者美铝公司。美铝开创了推动世界发展的多种材料解决方案，提供由钛、镍和铝制成的增值产品，并生产世界一流的铝土矿、氧化铝和原铝产品。为满足包括航空航天制造在内的各行业对增材制造的需求，美铝将其下游服务业务以Arconic公司的名义拆分出来。

Arconic已经参与3D打印近20年，第一台3D打印机是树脂光固化技术3D打印设备，这台设备安装在密歇根州怀特霍尔市的研究中心。通过这台设备来3D打印精密铸造模具，让Arconic体会到了3D打印技术与制造的紧密度。此后，Arconic在德克萨斯州、加利福尼亚州、佐治亚州、密歇根州和宾夕法尼亚州，配备了金属以及塑料3D打印设备。

Arconic公司可以为航空航天业的用户提供从航空技术到金属粉末生产乃至产品认证的专业服务。依靠美铝公司的技术实力，Arconic在传统金属制造技术和3D打印领域都有根基，并拥有航空航天工业中最大的HIP（热等静压）设备之一，该设备用于加强由钛和镍基超合金制成的3D打印和非打印部件的金属结构。此外，在2015年7月收购RTI国际金属公司后，Arconic加强了在钛和其他特种金属在航空航天等领域的制造能力。

随着2015年收购RTI，Arconic获得了显著的增材制造领域的专长，RTI在通过3D打印金属和塑料材料来生产零件方面拥有丰富的经验。通过对RTI的收购，Arconic拥有了系统化3D打印钛金属的制造能力。随后，在2016年，Arconic技术中心内专门开设了3D打印金属粉末生产设备。在那里，Arconic生产针对航空领域所需要的为了3D打印工艺而优化的钛、镍和铝粉末。

值得注意的是，Arconic拥有世界上最大的热等静压（HIP）设备。而在3D打印零件的后期处理过程中，通常需要HIP来加强3D打印的金属部件。

不仅仅是粉末床激光熔化技术，Arconic还通过自己的增材制造技术为金属3D打印的未来做出贡献。 据了解到Arconic的Ampliforge™技术是将Sciaky的大型电子束增材制造技术（EBAM）与锻造相结合的过程。 该方法使用EBAM快速生成近净形状，然后应用锻造技术以获得适当的零件强度。

传统的锻造过程，从坯料到实际零件可能需要六到八个步骤。通过Ampliforge™工艺，先3D打印预制件，然后将其锻造一次，以实现与传统锻造部件相同的微观结构。这将节省大量的时间和资源，使得零部件的生产成本更高效且更便宜。

Arconic的经验可以很好的告诉我们，3D打印不是一个独立的制造过程，完成符合制造商要求的零件需要对相关的后处理技术进行一系列的投资与应用方面的整合。而针对于3D打印技术本身，也远远不是投资一台设备那么容易。

来源：3D科学谷
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