在飛機發(fā)動機研發(fā)過程中，3D 打印的測量支架被用于溫度和壓力測量，以便確定飛機發(fā)動機的功率大小。

安全是航空航天業(yè)的重中之重。為了降低昂貴材料的成本、減輕飛機零件的重量，航空航天制造業(yè)正在尋找新的生產制造方式，但屬于高科技行業(yè)的航空航天工業(yè)領域也對增材制造技術持懷疑態(tài)度。因此，只有那些有說服力的新技術案例才有助于改變這種懷疑態(tài)度。

位于西班牙的Ramem公司是一家專門設計、生產和制造機械、電子產品的公司。這家總部位于馬德里的公司，所生產的飛機零部件形狀非常復雜，并且有著非常高的航空航天技術要求?！拔覀兊暮娇蘸教祛I域中生產許多小批量的產品，因此很長時間以來就一直致力于增材制造技術的研究。在減輕重量、減少配套組件和節(jié)約成本方面，增材制造技術有著比傳統(tǒng)生產制造技術更多的可能性。”公司研發(fā)經(jīng)理SilviaLópez-Vidal女士解釋說道。

準備起飛

除了了解增材制造技術的潛力之外，Ramem公司還將增材制造技術列為推動企業(yè)發(fā)展的重大戰(zhàn)略。“遲早有一天增材制造技術會‘飛到’航空航天領域中來。因此，我們現(xiàn)在的工作就是盡早為這樣的‘起飛’做好技術儲備?！盠ópez-Vidal女士說道。.

因此，Ramem公司的工程師們聚精會神地仔細分析所生產的零件，以便確定它們是否能夠在增材制造技術的幫助下帶來更多的經(jīng)濟效益。其中一個被稱為測量支架的零件是最有希望采用增材制造技術的。這也是航空發(fā)動機研發(fā)過程中確定航空發(fā)動機性能、對壓力和溫度進行高精度測量時使用的支架。

這一測量支架有著很高的技術要求：它在發(fā)動機的尾噴管內工作，工作時承受著極端的高溫、應力和高壓。高尺寸精度和光滑的空氣動力學表面質量要求對測量結果的準確性都有著重要的影響。

高要求的精致零件

測量支架由四個零件組成。這些零件都需要經(jīng)過精心的銑削加工、手工組裝并最后一個個焊接在一起。測量支架的關鍵是多個空心短管。這些空心短管都是沿著細長的測量支架，從支架后方插入到支架體內，并最終焊接在采樣點的位置處。

這一根根短管的壁厚不到0.3mm。而測量支架體又是一個封閉的整體。“將短管插入到支架體內需要集中很高的注意力——認真仔細，小心翼翼，這樣才能滿足裝配精度的要求。如果其中的任何一根短管的位置不正確則整個測量支架都成了廢品。而且短管的尺寸公差僅有±0.05mm，其端部還有一個安裝溫度傳感器的小孔。”López-Vidal女士說。

在飛機發(fā)動機研發(fā)過程中，3D 打印的測量支架被用于溫度和壓力測量，以便確定飛機發(fā)動機的功率大小。

Ramem公司的工程師們很清楚：需要繡花般細心制作的測量支架最適合采用增材制造技術了。最重要的是：要對測量支架的結構設計進行改進，使之適合于采用增材制造技術。承擔改進設計的是增材制造專業(yè)企業(yè)Prodintec公司。一旦增材制造技術的應用取得了成功，則測量支架的零件數(shù)量就會從四個減少到一個。但，盡管付出了種種努力，第一次嘗試的結果是非常令人失望的：“在增材制造過程中細長的支架體出現(xiàn)了變形，在支架體細小的通道內殘留了一些3D打印的金屬粉末和其他固體雜質。另外，3D打印的結果既沒有滿足尺寸精度的要求也沒有滿足光滑的表面質量要求。”López-Vidal女士解釋說道。

帶來突破的第一個原型樣件

López-Vidal女士和她領導的團隊并沒有因這次挫折而止步。在2017年度的法蘭克福國際精密成型及3D打印制造展覽會Formnext上，她和通快公司增材制造項目經(jīng)理JuliaMoll女士及其團隊進行了交談，向他們介紹了測量支架3D打印中遇到的問題。“通快公司增材制造技術的開發(fā)人員向我們保證：用它們的激光器和金屬粉末能夠解決我們的問題。”López-Vidal女士說道。他們用Prodintec公司設計改進設計的測量支架CAD圖形開始嘗試著解決問題。

通快公司利用 Truprint 1000 型 3D 打印機打印的測量支架。

“測量支架打印中遇到的最大挑戰(zhàn)是支架的放置位置和方向。我們必須設計好測量支架打印過程中的放置位置和方向，以便在沒有支撐結構的情況下完成整個支架的全部打印過程。我們不能將支撐結構設計在要求很高的支架頂部，或者設計在支架體內部。另外我們還必須確保不出現(xiàn)熱變形。這也不是一件容易的事情：因為測量支架的壁厚太薄了?！盝uliaMoll女士說。

通快公司在Truprint1000型3D打印機中打印了1,000件測量支架，而這第一批3D打印的測量支架質量就令人信服：“借助于3D掃描技術我們可以證明增材制造打印的零件滿足了幾何精度的要求，借助于顯微照片我們確定了3D打印零件的表面密度達到了99.95%。”JuliaMoll女士解釋說。但增材制造技術專家們想了解的更多一些。他們找來了X光和計算機斷層掃描系統(tǒng)Yxlon，與生產廠家一起對原型樣件進行了CT掃描。CT掃描檢查的是支架通道是否完全暢通和微孔的大小。另外，專家們還利用自動檢測技術檢查了測量支架內部的40多個尺寸。結果都很好：通道是連續(xù)、暢通的，微孔尺寸都小于100μm，所有尺寸都滿足了尺寸公差的要求。

節(jié)約了將近80%的生產成本

增材制造專家們完美地完成了開發(fā)任務，“通過改進設計，縮短了生產加工時間，所使用的金屬材料也減少了80%左右。經(jīng)過核算，3D打印可以為我們節(jié)約74%的總成本。這在行業(yè)領域中絕對是最佳成績了?！盝uliaMoll女士非常滿意。

現(xiàn)在，實際的生產開始了，“重要的是繼續(xù)關注增材制造技術，并不斷地告訴決策者們采用增材制造技術的可能性。我們用測量支架的例子再次證明了增材制造技術的應用潛力。但航空工業(yè)領域是一個非常敏感的市場領域，我們說服飛機制造商在結構件和其他重要的飛機零部件中采用增材制造技術尚需時日。但是，我們和其他一些大型供應商企業(yè)正在不斷地豐富我們的增材制造專業(yè)知識這一事實就已經(jīng)證明：我們相信這項技術一定能夠獲得成功。”對于未來，López-Vidal女士仍滿懷期待。