GKNA激光线材沉积金属3D打印技术，可打印尺寸达3米的航空部件

2022年10月25日，南极熊获悉，位于英国布里斯托尔的GKN Aerospace (GKNA) 公司开发了一种专有激光金属线沉积 (LMD-w) 3D打印技术，可应用到大型航空航天部件的制造上。它是一家专注于为民用和国防客户提供机身和发动机产品的制造商，具有金属和复合材料方面的专业知识。

增材制造的采用符合GKNA对更可持续的航空航天未来的追求，他们认识到了增材制造技术在优化发动机和结构部件的重量/成本方面的价值，同时也承认他们目前在保证其制造可重复性方面遇到了挑战。

GKNA 的首席技术专家蒂姆霍普（TimHope）表示：“从根本上说，我们需要建立信心。对于增材制造，可重复性、再现性让人们对这项工艺产生了信任，并相信我们在交付零件时，需要按时交付它以实现零缺陷的成本。金属增材制造技术的作用就是为我们降低了技术风险，可以更好为客户提供服务。”

在GKNA的工厂里，有多个从EOS和Renishaw采购的直接金属激光烧结（DMLS）系统正在运行。此外，通过 AIRLIFT 研究计划所开发的激光金属线沉积 (LMD-w) 技术目前已被应用到该公司的发动机业务中。据了解，LMD-w技术所允许的最大3D打印尺寸上达到了3米，有望应用于航空结构产品。

△GKN Aerospace 通过 AIRLIFT 研究计划开发的专有激光金属线沉积 (LMD-w) 技术。

尽管 GKNA 目前已经在采用LMD-w设备打印飞行部件，但他们仍需对技术进一步验证：根据自己的标准、客户和当局的标准。像增材制造这样的新工艺的认证仍然是 GKNA 面临的最大挑战之一，虽然过程监控和模拟有助于解决这个问题，但开放系统也有很大帮助。因此，GKNA可以保证其LMD-w工艺的质量，但对于粉末床熔融类的技术引入，它还需要与供应商建立良好的联系。

GKNA 的另一位负责人Hughes指出：“如果你的客户来自于航空航天领域，那你就需要认识到增材制造供应链的所有部分、飞行部件的终端服务对象是航空当局。客户描述了他们需要的信息，我们整个价值链就需要根据这些信息做出判断，这取决于热处理、粉末供应商、机器供应商等各个环节。如果没有发现其中的缺陷，那将是一个挑战。”

△位于布里斯托尔菲尔顿的 GKN Aerospace 全球技术中心。

在其他车间里，GKNA还引进了一台由Stratasys 和惠普共同开发的 Designjet 机器、一台 Ultimaker S5、一台 Formlabs Form 2 和一台 Markforged Mark2。这些机器（包括 Designjet）经常被要求生产夹具、固定装置和设计辅助工具，但 GKNA 不会停止在桌面平台上。在 Designjet 之后，GKNA 下一个要引入的 3D 打印系统是 Arcam A2。

在 GKNA 展示的打印部件中，有坦克模型和其他使用 LMD-w 制造的近净成形的部件，以及使用DMLS技术制造的经过认证的支架部件。发动机部件是粉末床熔融设备主要生产的订单，而LMD-w 技术可能会被用来制造那些DMLS技术难以加工的大型构件结构。凭借其强大的3D 打印能力，GKNA 内部的信心正在增长。该公司积极参与一系列标准工作组，认可 NASA、ASTM 和 SAE 等机构近年来在制定此类标准方面取得的进展，并与商业和学术机构保持着良好的关系。但在遵循这些标准的过程中，GKNA 不仅要确保该技术的制造过程是可重复的，而且还要考虑生成航空零件所需的动态特性的成本。

Hope 估计：“在航空航天领域，增材制造只有两个挑战：生产力挑战和认证挑战。您能否每天都以同样的方式制造正确的零件，这是一项巨大的技术挑战。然后您能否使其与其他工艺相比具有成本效益？一旦您确定了这两个关键因素，您就可以获得增材制造的真正获胜标准。就未来的可能而言，这些东西很棒，但要让这些东西发生，我们必须能够让它应用到飞机上，这关乎监管机构和最终用户对性价比的信心。”

Hughes补充道：“增材制造技术现在处于炒作曲线的业务端。你会看到很多有趣的东西，但我们需要在真实的应用程序上以真实的方式实现这一点，为未来解锁有趣的东西，这些关于我们能否在中短期内获得真正的商业利益和长期回报？我们都可以看到增材制造领域中的拓扑优化、功能集成，所有的这些都是好东西。但客户和认证机构的对这项技术的信心，才是它现在需要面对的业务问题，这也是我们的重心所在。”

△使用 GKN Aerospace 的 LMD-w 技术打印的零件。

GKNA 有意保持其领域的领导地位，霍普认为，实现这一目标的关键是确保业务可持续发展：“航空航天领域的OEM 并不多，因此我们在增材制造方面所做的一切都专注于建立供应商信任。如果您了解我们客户的需求，能够按照客户的交期完成交付，那么您将获得可持续发展的业务。创新来自市场需求、业务和技术可行性，三者需要结合。但只有当你能以一种信任的精神反复地做到这一点时，你才会成功。”

在GKNA工厂门厅的尽头展出有一组DMLS打印的隔音衬垫，Hughes解释说他是在周四早上收到了该组件的尺寸数据，当晚在 CAD 中为零件建模，在周五与工艺团队一起进行了组装，到星期一早上它就出现在他的办公桌上，最终它被用于发动机测试。这一整套流程清楚展示了从想法到模型的速度有多快，而这一切都是凭借强大的金属3D打印能力才付诸实践的。