航空航天领域的增材制造应用:从原型打样到批量量产

去年去上海参加国际工业博览会,站在金属增材制造展区挪不开脚。一台大尺寸SLM设备刚完成冷却,取出来一个飞机燃油喷嘴,拿起来掂,比传统铸造轻了近40%,整一件没有一条焊缝,表面光洁度完全符合装机要求。那触感,比我摸过的绝大多数传统铸件都干净。说实话,我之前也觉得增材就是实验室里的花活,直到那次,才真的服气。

为什么增材制造能在航空航天领域先落地跑通

航空航天零件的天生属性,和增材制造简直是天作之合。这个领域的零件大多是多品种、小批量,很多改型项目一年也就生产几十件,最多上百件。传统工艺要开模,光是模具成本就几十万,等模具做出来,设计改了,钱全打了水漂。增材制造完全不用开模,数字模型改完,直接上机打印,周期按天算,不是按月算。 更关键的是,航空航天对轻量化的需求刻进了骨子里,很多复杂的轻量化拓扑结构,传统铣削、铸造根本做不出来。增材制造是一层一层堆出来的,再复杂的内腔、点阵结构都能打,这就是天生的优势。
航空航天增材制造打印完成的钛合金承力结构件
航空航天增材制造打印完成的钛合金承力结构件
问:现在航空航天领域用增材制造,真的能替代传统工艺量产吗?还是说只是用来打个样? 答:当然分场景,但是真的已经量产了。国内商飞C919的多个非承力舱内结构件,已经用增材制造批量供货好几年,国内多家航天企业的发动机燃油喷嘴、推力室构件,早就实现了批量装机。有些结构是传统工艺根本做不出来的,增材是从0到1把产品做出来了,说替代都不准确,是开辟了新的可能。

当前落地的增材制造应用解决了哪些核心痛点

我接触过不少航空航天配套企业,这几年上增材,核心都是冲着解决几个老问题来的: ✅ 极致减重:航空航天领域,每轻一公斤,民用飞机每年能省几十万的燃油成本,运载火箭每轻一公斤,能省上百万的发射成本。某民营航天的推力室构件,原来用传统工艺是一百多个零件拼起来,现在增材一体化打印,直接减重30%,零件数量变成1个。 ✅ 大幅压缩研发周期:传统工艺从设计到开模再到出成品,少说要半年。增材制造从拿到数字模型到出成品,最快两周就能搞定。型号改型迭代的时候,改个参数直接打印,不用重新开模,研发速度能提好几倍。 ❗ 降本,对,就是降本:很多人一提起增材制造就喊贵,那真的是刻板印象。如果你一年只生产几十件零件,开一套模具几十万,摊到每件上的成本早就超过增材了,对吧?
传统工艺vs增材制造航空零件零件数量对比图
传统工艺vs增材制造航空零件零件数量对比图
不过话说回来,增材也不是万能的,现在还有很多坑。我刚好碰到很多人问同一个问题,整理成问答吧: 问:国内制造企业想上增材制造,最大的瓶颈是什么?普通中小企业想蹭这波风口要注意啥? 答:最大的瓶颈两个,一个是材料,一个是标准。目前稳定能用的金属增材材料也就几十种,很多特种高温合金、陶瓷基复合材料的打印稳定性还没完全搞定,批量生产的一致性还差口气。另外航空航天对零件可靠性要求极高,很多企业还拿不出全链路的质量检测标准,这是最大的问题。中小企业想入坑,别脑子一热就买大几百万的设备放厂房,先找第三方增材服务商打样验证,挑一两个适合的零件改设计跑通了再扩,上来就all in,大概率亏到哭。

未来两年增材制造应用的新方向

未来两年增材制造应用的新方向
未来两年增材制造应用的新方向
这两年我跑企业,最明显的感受就是,增材正在从做小零件往做大尺寸结构件走。原来最大的SLM设备也就打印几十厘米的零件,现在国内已经能做两米级的金属增材设备了,机翼梁、火箭箭体连接框这类大尺寸结构件都能打。还有一个方向是跨领域结合,比如增材做的随形冷却模具,现在已经在航空航天的模具生产里大量用了,能让模具冷却时间缩短近一半,模具寿命提30%,这个应用其实比做零件还赚钱。 我上个月见一个做工业无人机的创业团队,他们原来做大型旋翼的连接座,CNC加工要一周出一件,成本两万多,现在用增材做,一天出三件,成本降到三千多,强度还比原来高15%。就靠这个,他们拿下了好几个大订单。 不是说增材能颠覆所有传统制造,它就是一个新的工具,刚好解决了传统制造解决不了的问题。现在航空航天领域的增量这么大,很多企业靠这个换道超车,已经跑起来了。过两年再看,估计更多我们想不到的应用,都出来了。

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