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(jì) 80 年代引入原型制造時(shí)就開始應(yīng)用增材制造 （AM）。在 2003 年，波音獲得批準(zhǔn)在 F-15 戰(zhàn)斗 機(jī)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(zhǔn)，生產(chǎn)用于 LEAP 發(fā)動(dòng)機(jī)的增材制造燃油噴嘴。這個(gè) 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(gè)減少到 1 個(gè)，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(mèng)想飛機(jī)制造 3D 打印的鈦合金零 件，這將是第一個(gè) 3D 打印的結(jié)構(gòu)件，可以承受飛行中機(jī)身 的壓力。通過這種方法，波音可以為每架噴氣式飛機(jī)節(jié)省高 達(dá) 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(diǎn)，這些變化可能對(duì)供應(yīng)鏈產(chǎn)生重大影響。以往需 要壓鑄和機(jī)加工的多個(gè)零件和子組件，現(xiàn)在可以作為單個(gè)零 件進(jìn)行 3D 打印。更少的零件和子組件意味著更少的工具和 勞動(dòng)力，減少了制造鏈中的流程，并加快了上市時(shí)間。

今天的生產(chǎn)場(chǎng)景包含如下步驟：設(shè)計(jì)生產(chǎn)零部件，設(shè)計(jì) 設(shè)備和模具以生產(chǎn)原型，測(cè)試原型，修改原型和工具，再重 復(fù)上述過程。增材制造則能越過設(shè)計(jì)設(shè)備和模具這一步驟， 節(jié)約大量時(shí)間和費(fèi)用，直接得到原型。原型的修改可以在 CAD 文件中進(jìn)行，這讓公司能快速進(jìn)行多次設(shè)計(jì)上的更新迭 代。根據(jù)德勤的一項(xiàng)研究，當(dāng)航空航天和防務(wù)公司從傳統(tǒng)制 造轉(zhuǎn)向增材制造時(shí)，原型生產(chǎn)的時(shí)間能節(jié)省從 43％到 75％不 等。這對(duì)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(jī) 停飛的可能性，航空公司需要備有可能從未使用或過時(shí)的備 件，而增材制造則免去了這一要求，因?yàn)楣究梢园葱柽M(jìn)行 3D 打印。零部件可以在使用地點(diǎn)附近生產(chǎn)，而不必遠(yuǎn)距離 存儲(chǔ)和運(yùn)輸。

Roland Berger 管理咨詢公司表示，憑借這些優(yōu)勢(shì)，預(yù) 計(jì)到 2023 年，3D 打印市場(chǎng)將超過 40 億美元。我們?cè)趯?duì)此 歡呼雀躍的同時(shí)，也要注意，盡管有著種種優(yōu)勢(shì)，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(shè)計(jì)的角度來看，增材制造有其獨(dú)特之處。設(shè)計(jì)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(chǔ)存溫度和濕度）會(huì)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(biāo)準(zhǔn)來有效確保增材制造進(jìn)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(jī)零件 之前，他們必須能夠證明該工藝的可重復(fù)性和可預(yù)測(cè)性， 以始終如一地制造符合規(guī)格的可靠零件。如果沒有強(qiáng)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(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

新材料通常需要新的制造方法。對(duì)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(shí)。該過程通 常是手動(dòng)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(shí)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(tái)上通過一個(gè)數(shù)據(jù)集來貫穿 設(shè)計(jì)、開發(fā)和制造的各個(gè)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(shí)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(chǔ)結(jié)構(gòu)——單一的協(xié)作平臺(tái)的重要性，它 幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)整體制造業(yè)務(wù)的數(shù)字可視化，也包括其供應(yīng) 商在內(nèi)。

增材制造為飛機(jī)制造商提供了簡化供應(yīng)鏈的機(jī)會(huì)，能 生產(chǎn)高度定制化的飛機(jī)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(shì)，必須從根本上改變?cè)O(shè)計(jì)和 制造流程，以實(shí)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(shí)現(xiàn)面向未來的創(chuàng)新。