作為創(chuàng)新者和新技術(shù)的最早使用者，航空業(yè)在 20 世紀 80 年代引入原型制造時就開始應用增材制造 （AM）。在 2003 年，波音獲得批準在 F-15 戰(zhàn)斗機中使用增材制造的鈦合金部件來取代原有部件。

GE Aviation 后來也獲得美國聯(lián)邦航空管理局（FAA） 的批準，生產(chǎn)用于 LEAP 發(fā)動機的增材制造燃油噴嘴。這個 噴嘴展示了增材制造零部件可以帶來的諸多好處：噴嘴的零件從 20 個減少到 1 個，整體重量減少了 25％，耐用性增加 了 5 倍。

波音公司現(xiàn)在為 787 夢想飛機制造 3D 打印的鈦合金零 件，這將是第一個 3D 打印的結(jié)構(gòu)件，可以承受飛行中機身 的壓力。通過這種方法，波音可以為每架噴氣式飛機節(jié)省高 達 300 萬美元。

增材制造技術(shù)的非凡能力為制造業(yè)推開了新世界的大 門，它能提供成本節(jié)約、勞力節(jié)省、重量減輕和零部件簡化等諸多優(yōu)點，這些變化可能對供應鏈產(chǎn)生重大影響。以往需要壓鑄和機加工的多個零件和子組件，現(xiàn)在可以作為單個零件進行 3D 打印。更少的零件和子組件意味著更少的工具和 勞動力，減少了制造鏈中的流程，并加快了上市時間。

今天的生產(chǎn)場景包含如下步驟：設計生產(chǎn)零部件，設計設備和模具以生產(chǎn)原型，測試原型，修改原型和工具，再重復上述過程。增材制造則能越過設計設備和模具這一步驟， 節(jié)約大量時間和費用，直接得到原型。原型的修改可以在 CAD 文件中進行，這讓公司能快速進行多次設計上的更新迭代。根據(jù)德勤的一項研究，當航空航天和防務公司從傳統(tǒng)制造轉(zhuǎn)向增材制造時，原型生產(chǎn)的時間能節(jié)省從 43％到 75％不 等。這對于訂單積壓已成為常態(tài)的航空業(yè)來說非常重要。

增材制造還可以大大降低庫存水平。為了避免任何飛機停飛的可能性，航空公司需要備有可能從未使用或過時的備件，而增材制造則免去了這一要求，因為公司可以按需進行 3D 打印。零部件可以在使用地點附近生產(chǎn)，而不必遠距離存儲和運輸。

Roland Berger 管理咨詢公司表示，憑借這些優(yōu)勢，預計到 2023 年，3D 打印市場將超過 40 億美元。我們在對此 歡呼雀躍的同時，也要注意，盡管有著種種優(yōu)勢，但增材制造也面臨著一系列挑戰(zhàn)。

增材制造大道上的路障

從設計的角度來看，增材制造有其獨特之處。設計靈 活性通常是指其幾何形狀，因此需要考慮許多其他變量和約束。例如，工藝參數(shù)的微小變化（如材料儲存溫度和濕度） 會影響沉積材料的微觀結(jié)構(gòu)，并改變最終產(chǎn)品。

目前，沒有正式的標準來有效確保增材制造進行大 規(guī)模的部件生產(chǎn)的可行性。在制造商投資 3D 打印飛機零 件之前，他們必須能夠證明該工藝的可重復性和可預測性，以始終如一地制造符合規(guī)格的可靠零件。如果沒有 強大的仿真功能來捕獲材料和過程的物理特性及變化， 就無法實現(xiàn)這一點。

新材料通常需要新的制造方法。對于增材制造，現(xiàn)有的 CAD 程序有所限制，特別是在與仿真信息集成時。該過程通常是手動的，需要多次迭代。這些問題說明增材制造開發(fā)工具的重要性，需要將仿真集成在工具中，這是實現(xiàn)全程數(shù)字戰(zhàn)略的重要組成部分。在單一的協(xié)作平臺上通過一個數(shù)據(jù)集來貫穿設計、開發(fā)和制造的各個階段，顯然可以支持這樣 的策略。

此外，以增材制造為核心的未來制造戰(zhàn)略，將通過 即時庫存管理來減少庫存，改善原料管理，并提高效率。 這也體現(xiàn)了全程基礎結(jié)構(gòu)——單一的協(xié)作平臺的重要性， 它幫助企業(yè)實現(xiàn)整體制造業(yè)務的數(shù)字可視化，也包括其 供應商在內(nèi)。

增材制造為飛機制造商提供了簡化供應鏈的機會，能生產(chǎn)高度定制化的飛機零件，以及使用更高效、輕質(zhì)的材料。 為了充分發(fā)揮增材制造的優(yōu)勢，必須從根本上改變設計和制造流程，以實現(xiàn)更快的生產(chǎn)流程，從而確保大規(guī)模的高一致性的質(zhì)量，并最終幫助航空業(yè)實現(xiàn)面向未來的創(chuàng)新。