由EOS帮助空客A380优化高压液压阀块质量和结构得到的启示
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增材制造技术应用在空客飞机上的案例已经太多，如A350的闩锁轴、前翼梁上的电缆支架、A320的间隔板以及仿生隔断等等，林林总总，空客已经使用了上千个增材制造的零件。与此同时，空客也与EOS、雷尼绍、Stratasys、Reprap等公司展开合作，技术类型涵盖SLM、FDM、SLS等，共同推进3D打印技术的航空应用。
传统制造技术在当今工业条件下已经相当成熟，继续进步异常困难，而增材制造却为航空减重、降低成本、实现效益增长提供了新的契机。与此同时，增材制造的思维有别于减材制造，这也为解放设计、优化产品结构提供了新的可能性。因此，增材制造对于制造业的改变以及对于产品的改造也是空前的。
外部挑战与增材思维的碰撞
在全球生态意识逐步提高、燃料价格上升和缺乏替代能源的背景下，航空航天业需要寻找新技术以保持竞争力。基于粉末床的工业3D打印有可能带来根本性变化并促进创新组件的开发和使用。当传统行业决定使用增材制造时，便面临着哪些零部件可以使用增材的方法来制造以及如何使用的问题。空客零部件供应商利勃海尔早在多年前就推出了增材制造计划，与空客以及开姆尼茨理工大学的研究团队一起，发起了一个由联邦经济事务和能源部（BMWi）资助的项目，目标是用一体成型的增材制造高压液压阀块替代传统的组合部件。
在飞机上，部件之间协同工作以确保安全飞行。扰流板致动器将扰流板移动到期望的位置以减小飞机升力，起到调节飞行速度和高度的作用。这些主要的飞行控制组件在生产过程中要求最高的质量和精度标准。通常，致动器阀块由锻造材料经机械加工、修整、钻孔并最终组装而成，整个过程既耗时又复杂，几乎没有优化空间。然而，冗杂的工艺步骤和繁多的零件组成为金属3D打印展现作用提供了可能。与此同时，仅仅依靠增材制造替代原部件是不够的，新部件必须更轻，有更高的使用效率并满足环保需求，才能凸显增材制造作为未来有无限前途的技术的可行性。
解决方案
研究团队使用EOS工业3D打印技术来为航空业优化设计和生产流程。通过分析传统部件，研究团队确定了液压结构并移除了辅助部分。根据主要部件的安装空间和接口要求进行重新定位，优化管路连接，这为新部件的设计奠定了基础。“3D打印使复杂性突然变得不再成为问题，零件一层层的堆叠而成使我们能够构建复杂的几何形状，功能元件使用弯曲管道直接相互连接，减少了零件数量，节省了生产时间”，利勃海尔首席工程师介绍到。
选择的材料为适用于航空的钛合金，质量轻、机械稳定性好而且有非常好的耐腐蚀性，因此新部件重量减轻，更具成本效益。后处理步骤包括消除应力的热处理，以及对液压通道的特殊处理。
对于组件及其制造材料的可靠性和安全性，利勃海尔则完全信赖EOS，零件可靠是实现批量生产的先决条件。
对比结果
3D打印的液压阀块与传统阀块具有相同的性能，但重量减轻了35％，零件数量减少，有10个功能元件集成到新的阀块中，从而消除了具有大量横向孔的复杂管道系统。这与增材制造所宣传的制造相同的产品，但质量更轻、零件更少相契合。
与传统的铣削工艺相比，工业3D打印不那么复杂而且极其有效，同时使废料保持在最低限度。同时，采用EOS M290制造液压阀块需要大约一天时间，而使用四激光的M 400-4则可以将建造时间减少75％以上。这些轻量级的3D打印阀块和未来的3D打印部件也将有助于降低油耗并减少二氧化碳和氮氧化物排放。
由于航空业对飞机部件的要求非常高，EOS与利勃海尔合作通过使用监控套件来进行无缝和实时的组件检测。在未来，这将加速工业3D打印过程中材料缺陷的识别，并有助于减少对计算机断层扫描等下游质量保证流程的需求，建立绝对可靠的生产工艺。
得益于EOS增材制造技术，利勃海尔已成功将3D打印的高压液压阀安装在A380飞机上完成了试飞。
启示
传统制造日益显示出对创新的局限性，也越来越难以满足对日益苛刻的环保要求，而增材制造发展到今天，意味着潜在的成本节约、可持续发展目标以及新的客户利益。这些优势可以带来足够的市场差异化，对于传统制造商，3D打印是实现转型升级、在竞争正脱颖而出的必要技术手段。
中间研发团队的重要性
通过对诸多大型企业使用增材制造的经验来看，对于增材制造的使用并非盲目，专门的研究团队成为应用推进的主要助力。在空客A380液压阀门的案例中，利勃海尔与空客以及开姆尼茨理工大学组成联合研发团队共同推进项目进行；在奥迪汽车对增材制造的使用经验中，笔者也发现奥迪也具备专业的团队进行增材制造零件的可行性分析；在医疗方面，上期的医疗案例中亚特兰大儿童保健公司也是与佐治亚理工学院的生物工程师组成研发团队，共同开发医疗产品；在国内，东方航空增材制造实验室以及如西安交通大学这样的研究机构无不在增材制造的应用推进方面做出了重要贡献，这些事实说明，传统制造领域与增材制造领域的学科交叉对于应用的推广和使用异常重要。中间团队既需要懂得传统的产品是怎样做的，也需要了解增材制造的优势，因此才能知道哪些产品可以使用增材制造，同时也需要利用增材制造的思维去进行传统产品的优化设计。这些经验也使得这些公司能够迅速的使用并能用好增材制造。
增材制造已经走过了盲目发展的野蛮阶段，现在走的是应用路线，越来越多的传统制造从业者正积极主动的拥抱增材制造，这是今年来这个行业发展的重要变化。
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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：由EOS帮助空客A380优化高压液压阀块质量和结构得到的启示