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石以砥焉,化钝为利-通快
来源:通快 作者: 浏览次数:0
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  增材制造是众多航空航天应用的理想生产方法,尤其对轻量化设计和部件整合,这一技术至关重要。但相较其他领域,航空航天领域对于新制造方法的态度十分谨慎,认证之路道阻且长。本文主要讲述了德国通快公司为西班牙 Ramen S.A.公司部件生产过程提供技术支持的故事。
  安全是航空航天业的重中之重。这也解释了为什么众多公司纵然在不断寻找新的方法来削减高昂的材料成本、减轻部件重量,但仍要历时很久才能付诸实践。正因如此,航空航天领域对增材制造的谨慎态度就不足为奇了——只有坚持不懈,才能推动增材制造在这一领域的成功应用。
通快 TruPrint 1000 
航空航天业案例研究:耙式气流测头
 
  西班牙供应商 Ramen S.A.专门从事机械和机电设备的设计和制造。主要生产各种零部件,包括具有复杂几何形状和复杂技术要求的航空部件。
  Ramen 在该领域进行了大量的高混合、小批量生产,长期以来一直对增材制造怀有浓厚兴趣。相较传统方法,增材制造在减轻重量、减少装配数量和削减成本方面具有更大的潜力。
  Ramen 不仅对增材制造所带来的诸多机遇感兴趣,还对它所创造的战略利益激动不已。因为 Ramen 相信增材制造最终将在航空航天领域实现大规模生产。但前提是我们必须提前积累必要的专业知识,为这一飞跃做好充足的准备。
  Ramen 工程师始终关注增材制造的使用,不断分析生产的部件,以确定增材制造是否可以为制造过程增加价值。耙式气流测头的制造就是向增材制造过渡的一个范例。
耙式气流测头具体位置
  耙式气流测头是一种用于发动机开发的部件,能够获取高精度的温度和压力读数,以帮助工程师评估发动机性能。直接安装在发动机气流路径上的耙式气流测头必须满足极高的标准要求,这样才能承受极端的温度、拉伸和压缩载荷。因此,耙式气流测头是一种高度复杂的部件,必须符合精确的尺寸要求,同时具有光滑的空气动力学表面,才能实现精确的测量;而增材制造可以带来满足这一切要求的金属部件。四个精心打磨的组件通过手工装配和单独焊接,才构成一个耙式气流测头。其核心处有几条用作通道的内管,壁厚小于 0.3 mm。这些通道需要插入耙式气流测头细长主体的后部,并焊接在 Kiel 头上的适当位置。然后将耙式气流测头主体用盖板密封。
  “必须以最高的精度插入那些精细的通道,”López-Vidal(Ramen 公司研发经理)解释说。“只要有一个 Kiel 头焊接不正确,整个耙式气流测头都将报废。Kiel 头的尺寸公差为+/-0.05 mm,具有狭窄的连续开口,其末端集成有流量传感器。”
  Ramen 工程师发现,增材制造是精密耙式气流测头的理想制造方法。而实现这一任务的挑战在于,必须设计一个与增材制造兼容的方式。但是前期生产中出现耙式气流测头变形的情况,打印过程也不顺利,狭窄通道中沉积了粉末和其他固体。此外,增材制造工艺无法满足尺寸精度、光滑度、无孔耙面等各种要求。
耙式气流测头
  一次偶然的机会,López-Vidal 及其团队在 2017 年法兰克福国际精密成型展(Formnext)上,他们莅临了通快展位,并和通快团队讨论了他们所面临的问题。通快团队开始寻找有效的解决方案。打印过程中最具挑战性的是部件方向问题,鉴于无法将这些部件连接到易损的 Kiel 头或部件内的任何位置,所以必须对齐部件,这样才能在没有支撑结构的情况下进行打印。还必须排除热变形的风险。这并非易事,因为耙式气流测头很薄且上部体积很大。这次的打印制造使用了 TruPrint 1000 。该机器的成型空间约为 100 mm x 100 mm,具有 200 W 的激光,适用于增材制造精密结构。这台机器成功制造了符合所有要求的首个原型。3D 扫描证明,原型具有所需的几何精度;同时通过显微照片,确定了 99.95% 的密度。
  但专家们渴望获得更准确的信息,因此他们将原型发送给了 X 射线和计算机断层扫描检查系统开发商和生产商 Yxlon,以进行 CT 扫描。Yxlon 验证了通道的连续性和孔的大小。通快专家还确定并检查了部件内部 40 多个测量值。测量结果表明:部件通道清晰,满足所需尺寸精度,并且孔径小于100 μm。因为重新设计部件缩短了生产时间,而且使用的材料量减少了约 80%。总之,通过 3D 打印耙式气流测头,总体成本降低了约 74%。而在这一行业中,这可是一个影响全局的数字。
  López-Vidal 还坚信,这一部件制造历程标志着增材制造将能够为航空航天业提供更加实用的解决方案。耙式气流测头只是增材制造应用的一个小小缩影,关键在于要积极采用新方法,让决策者及时了解增材制造所带来的全新机遇。
  航空航天业是个极富挑战性的市场,我们需要一点点让客户信服增材制造方法,并利用它制造结构部件和其他关键组件。尽管如此,大型航天航空业供应商正在稳步扩大在增材制造方面的战略专业知识——这也有力证明了,我们对这项技术充满了信心。
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