通快 :为航天器减重55%, 减少80%材料浪费, 节省74%的制造成本
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TRUMPF（通快），这家有着90多年机床生产史的德国公司，是全球制造技术的领导企业之一。自迈入增材制造领域以来，通快推出了极具制造潜力的TruPrint 3000/5000以及绿色激光打印技术，其采用的内部换缸理念被后来者广泛认可。作为航空航天领域的重要应用，采用增材制造技术改进卫星和发动机制造方式，成为该公司近年来关注的重点。本期，跟随3D打印技术参考一览通快如何为此做出贡献。
航空航天—增材制造最重要的垂直市场
随着对卫星部件和性能要求的提高，火箭每运送一公斤进入太空就要花费几十万欧元。同时，火箭必须极其稳定，能够承受起飞时产生的强大作用力。
增材制造航空航天应用范围
增材制造技术非常适合航空航天业，它可以显著减轻飞行器重量，降低油耗，并因此能为环境保护减少支出。增材制造技术所用的材料往往为某一特定应用而开发，传统方法（如铣削或铸造）制造的零件通常未经优化且非常笨重。轻质金属如铝合金和钛合金已经可以轻松进行3D打印，并因此能够制造传统方法无法突破的优化结构和轻量化组件。
增材制造轻量化应用
增材制造在航空航天领域拥有超过20％的市场份额，是该技术最重要的垂直市场，任何相关的3D打印公司都在试图扩大其市场份额。
通快航空航天关键技术
通快可为航空航天提供两种最重要的增材制造工艺：激光粉末床熔融（SLM）和激光熔融沉积技术（LMD）。SLM技术特别适用于复杂部件，如发动机、燃烧室或航空航天工业中的其它特殊部件。
粉末床熔融技术成型专用材料
在LMD工艺中，激光束配合喷射的金属粉末可在零件表面实现叠加制造，因此它可以快速生产非常大的组件。优选的应用包括大型部件的原型设计和修理，如燃气轮机或压缩机叶片。
激光熔融沉积技术快速实现大尺寸零件制造
作为行业领先的企业，通快在LMD和SLM方面无疑非常出色，它可以为航空航天业的客户提供最适合的3D打印解决方案。
为卫星部件减重55％
在巴黎航空展上，通快展示了航空航天工业中增材制造的真正应用。其为德国太空公司Tesat-Spacecom制作了一款通信卫星支架，用于测试新通信技术的空间整流能力，驱动器被连接到支架上用来调节微波过滤器。
德国Heinrich Hertz通信卫星
同样是为减轻航天发射的重量，通快通过与专业CAE软件公司合作对支架进行了拓扑优化设计，最终通过TruPrint 3000打印的支架由原来的164g减少为75g，减幅约55％。
Heinrich Hertz通信卫星上的3D打印支架
优化后的支架不仅更轻，而且拥有和原支架更好的性能，它的扭曲度更小、更稳定，但它却无法通过传统方法制造。这个示例显示出增材制造在轻量化、高性能制造方面的优势，它可以通快优化设计，获得有效载荷，减轻重量。
为发动机零件节省80％的材料和74%的制造成本
通快还与西班牙航空供应商Ramem合作共同探索航空增材制造应用。 两家公司一起使用3D打印优化了“航天耙”。在发动机开发中常使用耙子来确定驱动装置的压力和温度，这种测量对于测试飞机的性能是必要的。
Ramem航空航天耙
耙子会被直接安装在发动机的流道中，并暴露在极端温度和高压下。为了获得精确的测量结果，高尺寸精度至关重要。到目前为止，耙子的生产既昂贵又耗时：员工首先在铣床上制造出基本的耙体，然后他们必须手动插入六个细管，并通过焊接和板材密封部件。如果期间有一根管子放置出错，则整个部件制造失败。
TruPrint系列适用于工业3D打印
这样复杂的结构对于增材制造来说似乎并没有太多的难度，通快首先优化了靶子的几何形状，并使用TruPrint 1000直接打印。与以前的复杂制造过程相比，3D打印自然可以更快地制造组件，制造商也因此减少了80％的材料浪费，这相当于节省了74％的总成本。
结果表明3D打印可以节省航空航天行业的大量时间、材料和资金。
发动机叶片修复
通快的LMD技术在巴黎航空展上展示了该技术在飞机发动机叶片修复中的应用。这些部件必须能够承受飞行期间的极端温差。此外，这些部件由于经常接触灰尘和水，因此在边缘和尖端处会发生磨损。
增材制造为高效航空应用提供可能
航空技术人员必须及时修理叶片，否则便会发生故障。激光沉积技术是最好的修复工艺，叶片厚度有时仅为0.2毫米，传统方法很快就达到了极限，而LMD技术可以精确控制激光和送粉量，并可以使用与组件完全相同的材料。
LMD技术在航空叶片中的应用：修复、喷涂、成型和焊接
修复过程仅需几分钟，并可以轻松多次修复叶片。因此，每次发动机大修的部件成本便显著降低。凭借低能量的输入特点，激光沉积技术是航空航天应用的理想方法，它可以用做修复、喷涂或建造三维结构，而传统的焊接技术无法做到这一点。
END
3D打印的技术形式是多种多样的，金属3D打印的方法就有很多很多，每一种工艺都有不同的适用场合，这无疑提供了灵活多变的制造选择。但无论哪一种，都相比传统的减材制造，更自由，更灵活，更具潜力。
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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：通快 :为航天器减重55%, 减少80%材料浪费, 节省74%的制造成本