航空航天飛機的輕量化主要通過使用纖維增強塑料、鋁和鈦來實現。另一方面,這種材料的加工也為機床制造行業帶來了新的挑戰。“為了不斷改進航空航天領域復雜構件及生產流程,整個價值鏈上的各個技術模塊都需要緊密協作,相互補充”加工創新網辦事處的負責人布普強調了這一點,該網絡成員以聯合展團的形式參加了2017年漢諾威EMO展。
根據德國機床協會的數據表明,4.1%的機床都由來自航空航天領域的采購商所購得。如果參考德國機床整體生產水平(2015年:約112億歐元-整機,非零部件),其中該行業所占份額為4.6億歐元。在過去幾年中,這一數字呈明顯的上升趨勢。2013年該行業所占市場份額僅為3.6%,2011年也只有2.5%。究其原因是增材制造工藝在航空航天領域的地位日益重要。
德國漢諾威生產工程與機床研究所生產工藝部門主任格羅夫認為,在未來幾年內飛機的數量會持續增長。這位科學家認為“與此同時航空航天也將成為創新的驅動力。飛機需要更靈活,更功能集約的,更牢固的構件,用以保證其在自動化生產鏈中的高效生產”。迄今為止,類似A350這樣的長途運輸飛機,其整體質量的50%是纖維增強塑料。這反而將對金屬構件造成影響,因為傳統航空材料鋁與纖維增強塑料的組合會導致接觸性腐蝕。格羅夫認為:“我們必須使用耐腐蝕的材料,比如鈦合金,但是這種材料相較于鋁非常不耐切割。在此增材制造就是一種有針對性的制造技術。”
事實上這種技術在航空航天領域內還處于蹣跚學步的階段。幾周前第一件3D打印的用于飛行控制器上的零件才隨著一架空客進行了首飛,該零件是由利勃海爾航空航天與運輸公司生產的,是用于飛行控制的液壓組件。由鈦粉制成的閥塊,作為擾流執行器的組成部分,可以用于諸如空客A380上。據制造商所述,鈦粉材質的閥塊和傳統的鈦鍛件閥塊具有相同的性能,但是卻因為是由更少的單一組件構成的,所以重量也減輕了35%。
利勃海爾航空航天與運輸公司飛行控制與驅動系統,起落架系統與液壓系統的常務董事兼首席技術官呂文斯得出結論:“在我們將3D打印工藝全面應用到航空工業中之前,還有一些工作需要處理。需要對粉狀材料的激光參數和后期加工直到最終成品的所有流程鏈上的環節進行優化,從而來優化這項技術的穩定性,成熟度以及經濟性。”不過,3D打印技術的潛能和愿景將對未來幾代飛機的研發產生深遠影響。漢諾威的EOS 有限公司對增材制造在航空航天領域的作用進行了展示,該公司展出的是一個用于Ariane-6-上級驅動火箭驅動器Vinci的噴鑄頭,這個噴頭通常由248個構件組成,并且由不同的生產步驟進行生產和組裝。在注塑件方面,會通過在銅套上打8000多個橫向孔,與122個噴鑄元件精確地擰到一起,用以混合元件中流動的氫氣與氧氣。制造商將借助3D打印技術對此類鑄件進行高效生產。A增材制造本身可以將功能集成、輕量化、簡化設計以及縮短單個部件的生產時間等功能集于一身。生產最初是在EOS M 290上進行并逐步完成的。然后在更大的EOS M 400-4系統上完成縮放。借助激光技術,可以四倍的速度制造發動機部件。
憑借這種與單激光系統相比更高的生產率,AiO噴鑄頭的制造時間縮短了3倍,成本也降低了50%。由于設計簡化,材料特性得到改良,與鑄件質量相比壁厚大大降低了-同時堅固性不變。重量減輕25%意味著減少了安裝時間,同時也降低了成本。