空客在未来用3D打印制造飞机的四大切入点

航空巨头空客已经是研究和应用3D打印技术的行家了。在这方面，他们既有已经成为了现实的作品，又有着许多关于未来的设想。

在这些设想中，空客未来的飞机将会大量采用仿生结构，而这种结构仿能实现力量与材料分布的完美结合，令光线充满整个飞机内部空间。如此一来，乘客可以向外面的世界观看全景，智能座位还会敏锐感知到乘客的姿势，从而自动调整角度以提供最佳的舒适度，乘客如同沉浸在温柔的海风或松树林的软香中进入完美的睡眠。

另外对于VIP乘客来说，他们还可以将座位变成办公设施，或者是一张床，如同在家里一样享受私密的空间。

在到达目的地降落后，或许你还可以直接乘坐自己的小私人旅行舱式飞机从大飞机中驶出来，直接进行下一站的旅行，而要实现这些想法，3D打印必定将发挥重要的左。

空客（Airbus）的机舱设计师巴斯蒂安·谢弗（Bastian Schafer）过去两年来一直致力于一款概念飞机，这架飞机将完全由一台有飞机库那样大的巨型3D打印机打造。 这听起来像痴人说梦，因为如今最大的3D打印机不过餐桌那么大。但是谢弗的设计是有规划的：从现在用3D打印技术制造一些小部件，到2050年左右造出整个飞机——整个路线清晰可见。而之前，3D科学谷整理的3D打印对航空航天业的影响中也提示过，3D打印在航空航天领域的应用将走向四维打印。



切入点1：仿生结构

仿生结构带来材料使用率和力学性能的良好结合，这就是为什么增材制造会走进工厂，是增材制造的价值所在。

3D打印技术与传统制造方法相比可使各部件的重量轻65%。空客的概念飞机极为复杂，需要各种全新的制造方法：从弧形机身到仿生结构，再到能让乘客一览蓝天白云的透明蒙皮。

空客概念飞机的仿生结构所需要的某些材料目前尚不可用，例如用于机身的、牢固且透明的铝、某些生物高分子材料以及其他由碳纳米管加固的材料。只在该坚固的地方坚固，或者只在该轻盈的地方轻盈

切入点2：轻量化

轻量化与仿生结构可以说是密切相关的。采用金属激光熔融技术可制造出极为精细的结构，甚至是骨状的，也就是多孔的结构。在未来的飞机设计中，部件将能够有针对性地吸收力线，同时又符合轻量化要求，更耐久、节约资源、这将改善当前航空航天业的成本结构。飞机零件在铣削过程中会产生高达 95% 的可回收废料。而采用激光熔融技术，操作者不仅可得到“接近最终轮廓的部件”，且废料只有约 5%。尤其对于像钛这样的高级且昂贵的飞机制造材料的节约，增材制造技术更具吸引力。无模具的制造方法节约了时间，改善了成本结构，有针对性的能源投入和节约资源是激光熔融技术的一大特点。

此外，激光增材制造方法还可提供比常规制造方法更高的造型自由度。像制作凹槽和内部的通道，例如冷却通道。在航空工业中，飞机制造商已经在考虑用该工艺生产电子设备的冷却元件和智能的液压部件。激光熔融技术首次将几何结构与功能性联系在一起，依然成为目前最吸人眼球的技术。该技术可以让部件内的能量通量在 CAD 设计阶段就能够非常精确地确定。总的来说，利用激光熔融技术能够开发出的安全性部件，比今天的部件更好、更轻且寿命更长。激光增材制造的材料具有更高的强度，虽然延展性较低，但经过正确的热处理之后，还是可将其重新提升。

空客位于德国的航空制造厂Premium Aerotec公司启动了其用于3D打印钛飞机部件的SLM粉末床选择性激光熔化设备，开始生产金属3D打印零件。


切入点3：部分替代锻造

锻造技术在航空制造领域已应用多年，主要用于制造飞机、发动机承受交变载荷和集中载荷的关键和重要零件。飞机上锻件制成的零件重量约占飞机机体结构重量的20%~35%和发动机结构重量的30%~45%，随着航空产业不断的发展，锻造技术的瓶颈已逐渐显现，一方面是满足在大型复杂整体结构件和精密复杂构件的制造方面显现出技术的灵活性不足。另一方面，锻造的结构工件在随后的机加工过程中材料去除率达到70％之多，对于钛合金这样昂贵的材料来说浪费大。

金属3D打印技术特点突出，无需模具的自由近净成形，且全数字化、高柔性，打印的零件材质全致密、没有宏观偏析和缩松，具有较高的性能等都带来代替航空领域锻造技术的可能。

空客位于德国的航空制造厂Premium Aerotec就采用了Norsk Titanium（挪威钛）的快速等离子沉积™技术，通过该技术来生产A350 XWB飞机上的钛合金零件。除了挪威钛的快速等离子沉积技术，EBAM电子束融化焊接比锻造也能节约50％的材料去除需求。这两种3D打印工艺对于完成后期加工任务的机床来说，更少的材料去除需求也意味着更少的刀具、冷却液消耗，更快的加工时间，以及更快的设备投资回收周期。


切入点4：4D打印

空客未来飞机的视频中，飞机的翅膀可以像鸟类一样煽动。至于视频中如何实现飞机翅膀的煽动，3D科学谷并不知道是不是4D打印的原因。然而，有一点是肯定的，那就是4D打印将被用于航空航天领域。

之前，来自德国Freiberg的研发团队就研发出面向未来的高性能材料：记忆性材料，可以自行愈合裂隙或回复原状。科学家通过电子束熔融的制造方法来生产带记忆功能的零件，这就像弹力回形针，如果受到歪曲，把它放到热水里面，就像被施了魔法，跳回到原来的样子。最新研发的材料从这个项目可以用于汽车制造和航空航天制造业来满足特殊的要求。在航空航天领域，可以用来调整机翼结构以适应不同的飞行情况。

而麻省理工亦研究出可控的表面纹理变化4D打印技术产品，这些产品具有间歇性和随机性的丰富多样的表面特征变化，包括可变波、折皱状的特征、平顶、谷底等，可以通过改变颗粒的无因次几何参数（例如，相对的颗粒大小、形状、间距和分布等）来获得。这些表面特征可以通过颗粒定位来实现变量可控。

延伸阅读：《3D打印仿生学合金结构助空客A320成功"瘦身"》

来源：3D科学谷