1万字总结：航空航天领域的金属增材制造，从早期成功到行业变革

图 1 GE9X 涡扇发动机是增材制造能力的终极展示，包含 300 多个金属增材制造部件。该发动机已被波音公司的 777X 客机选中（由 GE Aerospace 提供）

回想二十年前，想象一下所有能够使用增材制造技术为航空航天领域生产零部件的公司名单。这份名单可能并不长。然而，如今各大洲都有供应商，并且在整个项目中，增材制造技术都是创新和发展的核心，同时也负责维护老旧机队的飞行。尽管金属增材制造技术实际上已经发展了相当长一段时间，但直到最近二十年，它才作为一项突破性技术取得了进展。这项发展改变了航空航天领域生产轻量化、复杂高性能零部件的能力，而这在以前是不可能实现的。

通过全新优化设计，能够创建具有冷却效果所需内部特征的复杂几何形状，并减轻重量，这已开始在飞机和卫星技术的众多领域提升效率和性能。如今，这已涵盖从发动机部件到安全关键应用中的结构组件。在过去三到五年中，增材制造零件取代传统制造零件的案例数量大幅增加。

图2：GE航空航天公司为CFM国际公司LEAP 1A和1B发动机生产的LEAP燃油喷嘴。每台发动机使用18或19个增材制造的燃油喷嘴，具体取决于具体型号。这些发动机用于空客A220、A320neo、A321neo、波音737 MAX和中国商飞C919客机。据报道，2021年，这些部件已累计飞行超过1000万小时，并已制造超过10万个喷嘴

随着增材制造技术应用的快速扩展，该行业开始报告其成本降低、交付周期缩短，并且在数字化制造的新时代，基于仿真和生成算法的灵活设计和开发方法也得到了显著改进。随着金属增材制造技术的运用，航空业预计将通过降低燃料消耗，在制造过程和最终使用过程中降低二氧化碳排放量，并探索出更具吸引力的可持续发展途径。通用电气航空航天公司的LEAP燃油喷嘴（图2）将在本文中详细介绍，它可被视为首个证明这些说法的大规模应用。

这一切并非一朝一夕就能实现的。航空航天业稳步采用粉末床熔融 (PBF)、定向能量沉积 (DED) 和粘结剂喷射 (BJT) 等“颠覆性”金属增材制造工艺，为零件设计和合金开发的空前创新铺平了道路。世界已经见证了主要原始设备制造商 (OEM) 和一级供应商迈出的第一步。在本文中，我们将探讨这些技术取得的显著成就，重点介绍发动机涡轮叶片和卫星复杂通信设备等关键案例。考虑到该行业内部存在的深度不安全感，以及对任何新的增材制造应用都采取的严密保护措施，这绝非易事。这本身就令人费解，甚至对许多在该行业工作或属于增材制造价值链的人来说也是如此。

激光粉末床熔融、电子书粉末床熔融、激光粉末能量沉积、激光线材能量沉积、电弧线材能量沉积、电子书线材能量沉积、冷喷涂、搅拌摩擦焊、超声波焊接

由于其他地方已有丰富的资料，我们不会详细解释提到的每种增材制造 (AM) 工艺。同样，尽管如今已开发出许多用于航空航天领域增材制造的新型合金，但本文篇幅有限，无法详细介绍。事实上，公共领域支持这一观点的信息也寥寥无几。因此，我们将通过回顾已获批准并在使用的部件，重点介绍金属增材制造 (AM) 技术在量产适航部件方面的能力。我们大致将研究范围限定在飞机应用领域。

激光束粉末床熔合(PBF-LB) 和电子束粉末床熔合(PBF-EB) 是航空航天领域目前最主要的金属增材制造技术。该工艺简单易行，利用激光或电子束快速扫描二维图像的优势，从3D CAD模型中逐层选择性地熔化金属粉末。

通过这种方式生产的零件名义上是完全致密的，并且大多数都经过了重要的后处理工序和最严格的质量检查。因此，PBF工艺在过去二十年中引发了航空航天制造业最大的革命。全球范围内拥有越来越多设备供应商的PBF技术，真正实现了更复杂几何形状和轻量化结构的生产，同时提高了组件性能，并且降低了总体生产成本。其中最主要的成功之处在于，通过将多个零件组合成一个单一的零件设计，消除了复杂的装配和连接技术。

诺斯罗普·格鲁曼公司的早期成功

在详细研究近期或即将投入飞行的部件之前，值得一提的是，最早获得认证并投入飞行的PBF部件。这项荣誉似乎属于诺斯罗普·格鲁曼公司，该公司以其运用先进技术（如今通常包括增材制造）解决航空航天和国防领域最棘手的问题而闻名。首席增材制造系统工程师Tayelor McKay表示：“作为先进制造能力的先驱，我们在金属增材制造方面拥有二十多年的经验。诺斯罗普·格鲁曼公司充分利用了增材制造的诸多优势，例如更高的设计灵活性、更坚固的部件、更佳的性能，并将成本降低了高达70%，并将交付周期缩短了高达90%。”

很难找到很多可以追溯到2010 年之前的其他故事，诺斯罗普·格鲁曼公司报告称，它于 1999 年使用激光/粉末 DED 工艺进行了首次适航验证，然后于 2007 年建立了第一个适航的 PBF-EB Ti-6Al-4V 组件；美国海军 X-47B 无人作战航空系统上使用的暖风混合器（图 3）。

图 3 ：诺斯罗普·格鲁曼公司采用 PBF-EB 技术制造的暖风混合器，可追溯到 2007 年（诺斯罗普·格鲁曼公司提供）

McKay 解释了诺斯罗普·格鲁曼公司如何生产出被认为是第一个用于实际飞行的 PBF 钛合金飞机部件，当时该公司为2011 年成功从美国海军航母上发射的X-47B 提供了四个部件。从图 3 中可以清楚地看出，人们已经知道并接受了 AM 部件可以具有相对粗糙的非加工表面，并在需要的地方进行后加工。

最后一点对很多人来说似乎合乎逻辑，就像它适用于各种各样的铸件一样，但在十五年多之后，这仍然是一个障碍。在越来越多的航空航天领域，刚接触 AM 技术的公司，以及那些才刚刚开始研究批量生产可能性的公司中，表面粗糙度问题仍然是一个常见问题。对于许多决策者而言，这仍是他们对金属增材制造部件效能存疑的根源。我们推测其原因在于航空航天领域公开的金属增材制造应用案例尚不充足。因此，本文重点呈现的这则成功案例（其金属增材制造部件已稳定服役逾十年）或将缓解业界忧虑：X-47B的金属增材制造部件确实积累了可观的飞行时数——须知这仅是众多成功案例中的一个缩影。

X-47B

在PBF-EB Ti-6Al-4V首次获得认证后的几年里，诺斯罗普·格鲁曼公司陆续为多个航空航天项目认证了众多部件，其中最新的一个是其任务系统部门使用的传感器冷板，采用AlSi10Mg材质通过PBF-LB工艺生产（图4）。机械设计工程师Caleb Martin表示：“增材制造技术带来的灵活性使我们能够在传统制造四分之一的时间内完成冷板的设计、迭代和交付。”

图 4 ：从构建板上拆除之前的 AlSi10Mg PBF-LB 部件（诺斯罗普·格鲁曼公司提供）

诺斯罗普·格鲁曼公司于2022 年 1 月完成了该部件的图纸，并于 2022 年 8 月交付了功能硬件，这证明了金属增材制造如何改变了产品设计周期。此后，该公司已交付了 16 个此类复杂部件，这些部件组装成多功能孔径，将多个功能部件整合到一个传感器中，从而减少了所需的孔径数量以及通常与此类先进功能相关的尺寸、重量和功率要求。

显而易见，金属增材制造技术使诺斯罗普·格鲁曼公司能够快速利用为其他项目开发的技术，并将其应用于多种功能，例如电子扫描多功能可重构集成传感器 (EMRIS)。这些关键设备可同时执行雷达、电子战和通信功能。诺斯罗普·格鲁曼公司或许是第一家将金属增材制造技术融入产品生命周期的公司，并且将继续在各种平台上进一步开发金属增材制造技术。

GE：燃料喷嘴及其未来

当然，在这二十年里，诺斯罗普·格鲁曼公司并非唯一一家开发金属增材制造技术的公司，如今，每个人都熟悉GE航空航天公司为CFM国际公司生产的、应用于LEAP 1A和1B发动机的广为人知的燃油喷嘴。如今，这些发动机在多款单通道飞机上都很受欢迎，根据具体型号，它们都使用了十八或十九个增材制造的燃油喷嘴。

CFM国际公司是美国通用电气航空航天公司和法国赛峰集团的合资企业，该公司表示，其增材制造的燃油喷嘴比以前的设计耐用五倍，这归功于增材制造技术使他们能够创建更简单的设计，减少喷嘴中的零件数量，大大减少最终组装所需的钎焊和焊接量。

图5：LEAP发动机在赛峰集团位于法国维拉罗什的工厂进行总装。据报告，发动机使用的GE航空航天金属增材制造燃油喷嘴比上一代发动机的燃油效率提高了15%，从而降低了商业航班的整体环境影响（图片由赛峰集团Adrien Daste提供）

GE航空航天公司在其位于阿拉巴马州奥本的工厂负责生产这款采用PBF-LB和钴铬合金制造的燃油喷嘴，该工厂于2015年开始全面生产。次年，该喷嘴投入运营，目前已应用于空客A220、A320neo、A321neo、波音737 MAX和中国商飞C919客机。据报道，航空公司的燃油效率比上一代发动机提高了15%，从而降低了商业航班的整体环境影响。

2021年夏季，该合作伙伴宣布其金属增材制造部件已累计飞行1000万小时，奥本工厂也已生产出第10万个金属增材制造燃油喷嘴。毫不夸张地说，这确实预示着首次使用金属增材制造技术实现航空航天部件的量产。自2019年以来，该工厂每周产量达数百个零件，考虑到单个零件数量的减少，这有力地证明了金属增材制造已被认可为一种经济可行的生产方法。

GE航空航天公司也已在其他多个领域运用金属增材制造技术进行研发，目前已为GE9X涡扇发动机生产300多个金属增材制造部件，该部件已被波音公司选用于其777X客机（图6）。最新一代航空发动机采用的增材制造部件已发展到将多个部件组合成单一设计单元，例如燃油喷嘴、热交换器、传感器外壳、燃烧室混合器和导流轮，并用于生产第五级和第六级低压涡轮（LPT）叶片等大型关键部件。

图 6： GE9X 涡扇发动机采用金属增材制造技术制造燃油喷嘴、热交换器、传感器外壳、燃烧室混合器、导流板以及第 5 级和第 6 级低压涡轮 (LPT) 叶片等部件（图片由 GE 航空航天公司提供）

这些独特的叶片由钛铝化物制成，因其出色的高温性能而被选中，自 2014年以来一直由Avio Aero（2013年8月被GE收购）在其位于意大利诺瓦拉卡梅里的工厂生产。迄今为止，Avio Aero使用PBF-EB生产了获得GE9X发动机FAA认证（于2020年9月获得）所需的所有LPT叶片，并支持波音777X飞机的认证过程。

如图7所示，这些TiAl LPT叶片的开发也使其重量仅为传统镍合金涡轮叶片的一半。GE航空航天公司的Dave Abbott表示：“对于GE9X发动机而言，这意味着燃油消耗降低10%，从而降低排放。” Abbott还解释了增材制造如何为Avio Aero的工程师提供了更大的创作自由，从而改变了新设计的方法，并允许制造更复杂的组件。

图 7：采用 GE Additive Arcam PBF-EB 机器制造并用于 GE9X 发动机的 Avio Aero 涡轮叶片（图片由 GE Additive 提供）

此外，GE旗下Avio Aero公司推出的全新Catalyst涡桨发动机，是首款采用增材制造部件构思、设计和生产的发动机。这款发动机始终致力于成为行业细分领域的“游戏规则改变者”。在性能方面，GE引入了两级可变静子叶片、冷却式高压涡轮叶片和全权限数字发动机控制系统（FADEC）。它拥有业内最佳的16:1总压比，与竞品涡桨发动机相比，燃油效率提升高达20%，巡航功率提升10%。

MTU航空发动机

图 8 ：MTU 航空发动机公司采用增材制造技术制造的内窥镜凸台，用于齿轮传动涡轮风扇发动机 PurePower® PW1100G-JM 的高速低压涡轮，该发动机为 A320neo 提供动力（MTU 航空发动机公司供图）

MTU航空发动机公司也位列早期采用者榜单前列。该公司利用PBF-LB增材制造技术为普惠公司A320neo飞机的PurePower PW1100G-JM发动机制造了内窥镜凸台（图8）。该应用经过数年开发，于2013年开始生产。

利勃海尔

图 9 ：空客 A380 上使用的扰流板执行器飞行控制系统上的 PBF-LB 部件（利勃海尔提供）

鲜为人知的是，利勃海尔曾使用PBF-LB技术生产空客A380飞机的飞行控制部件。遗憾的是，尽管长期来看，MRO部门可能仍计划将增材制造技术应用于此类应用，但A380的停产并不意味着这些特定部件的批量生产（图9）。该公司还为A350 XWB飞机生产了起落架鼻托，据报道，这是首批符合钛合金增材制造标准的空客部件。

空客

空中客车公司在其A350 XWB飞机上进一步成功运用金属增材制造技术，自2019年以来一直使用金属增材制造技术生产门锁轴和其他部件。通过其内部供应链，这些部件由其姊妹公司——位于德国多瑙沃特的空中客车直升机公司生产。

图 10：A350 XWB 的成品金属 AM 闩锁组件（银色）

这些部件采用Ti-6Al-4V制成，每次最多可批量生产28个，迄今为止已使用多激光PBF-LB技术生产了1000多个部件，最近已开始将这些部件安装到正在服役的客机上（图10）。空中客车公司法国分公司的增材制造专家Philippe Emile表示：“与传统部件相比，打印的门锁轴重量减轻45%，生产成本降低25%。”

赛峰集团

CFM国际公司的每一位共同所有者都继续在其更广泛的集团公司内探索和开发金属生产部件，业内大多数其他重要参与者也是如此。如今，金属增材制造已被整合到大量的产品开发和生产周期中。2019年，赛峰航空助推器公司宣布，自2015年以来，它一直在努力为LEAP发动机使用的润滑装置寻找铸造外壳的替代品，并针对增材制造进行了优化。

赛峰利用3D打印为公务机制造钛合金前起落架部件

赛峰航空助推器公司使用与原始铸件相同的F357铝合金生产新部件，并在其中一个润滑装置首次用于LEAP-1A发动机时通过PBF-LB 达到了TRL 6级。然而，与通用电气航空不同，赛峰集团当时没有内部生产能力，而是选择发展外部供应链，将零件制造委托给外部金属增材制造服务提供商。

柯林斯航空航天

RTX集团旗下的柯林斯航空航天公司在增材制造（AM）的部署方面也非常积极，迄今为止已生产了75多种不同的部件。作为主要的一级供应商，柯林斯航空航天公司有机会探索AM的多种不同应用，并成功生产了包括热管理、发动机、发动机舱以及各种喷嘴、外壳和传感器在内的部件。

图 11： 增材制造的推力反向器级联阵列

通过应用“AM设计”的原则，柯林斯航空航天公司报告称，现在其常规减重可达10-30%，相应的部件数量减少50-80%。或许更重要的是，该公司的交付周期缩短了60-80%。其关键成功之一是在公务机发动机舱上采用增材制造技术制造了大型结构推力反向器级联阵列（图11）。

罗罗

虽然罗罗尚未宣布金属增材制造技术的任何主流应用，但它在2015年宣布已成功为Trent XWB-97发动机生产出一个大型钛合金前轴承座。这个直径1.5米的结构由PBF-EB制造的多个金属增材制造部件组装而成，在当时用于空客A350的试飞中，是商用客机上最大的承重结构。

虽然该部件最终并未投入生产，但它确实证明了增材制造技术能够生产安全关键部件。罗尔斯·罗伊斯对增材制造技术的持续评估，使他有信心继续为下一代UltraFan®发动机开发部件。目前，该增材制造部件的最终尺寸将比遄达XWB-97发动机上使用的部件更大。

罗罗公司也一直与其在西班牙的供应合作伙伴ITP Aero合作。新发动机有可能采用增材制造的尾轴承座（TBH），该轴承座已包含在演示发动机中，该发动机据推测已于去年在德比进行组装和测试（图12）。作为关键结构部件，TBH的设计能够承受所有条件下的运行载荷。支撑风扇轴（发动机的主推进系统）的部分轴承以及可拆卸的消音板也包含在该轴承座中；这些也由增材制造公司为演示发动机制造。

图 12：第一台劳斯莱斯 UltraFan® 演示发动机上使用的 AM 尾轴承座 (TBH)（由 ITP Aero 提供）

罗罗近期的其他研发成果包括为达索猎鹰10X公务机开发的earl 10X 发动机采用增材制造的低排放燃烧室。该部件采用多激光PBF-LB系统生产，由增材制造瓦片组成，然后组装成燃烧室单元的主体。据称，增材制造为劳斯莱斯带来的优势与之前通过铸造生产的发动机燃烧室有关，之前生产的燃烧室需要在部件上钻冷却孔。

增材制造让该公司可以更自由地直接在每个部件上设计所需的孔，所有孔都可以根据燃烧室单元所需的冷却空气流量进行全面优化。在性能方面，据称新设计减少了温度热点数量，从而提高了发动机高压涡轮的输出，进而提高了燃油效率，同时减少了一氧化二氮的排放。

联合发动机公司

图 13： 莫斯科联合发动机公司 (UEC) 计划采用增材制造技术生产高达 70% 的 VK-1600V 直升机发动机（图片由 UEC 提供）

采用金属增材制造技术进行发动机研发也已成为全球优先事项。总部位于莫斯科的联合发动机公司 (UEC) 宣布，计划使用增材制造技术生产其首款完全3D建模和设计的发动机VK-1600V的70%部件（图13）。该发动机将用于卡-62直升机，该公司表示，当与机身中的其他部件组合时，卡-62直升机约10%的部件将采用增材制造技术制造。据称，VK-1600V计划于今年投入使用，金属增材制造部件的批量生产将于2024年开始。

伊顿

在航空航天领域分布广泛的供应链中，像伊顿这样的关键零部件供应商也一直在开发自身的增材制造能力。多年来，该公司一直在开发钛、因科镍合金、不锈钢和铝合金的增材制造工艺，并于近期与空客合作，为伊顿采用PBF-LB技术制造燃油回油喷射泵开发了内部认证框架（图14）。该工艺还必须证明伊顿新制造的喷射泵的性能符合原始部件规格、客户要求以及欧洲航空安全局（EASA）和美国联邦航空管理局（FAA）的适航标准。

图 14：增材制造的燃油扫气喷射泵，以及传统制造的泵的分解图

伊顿增材制造和数字工程总监Mike York 表示：“伊顿航空航天正在利用增材制造的强大功能，为客户打造卓越的产品和系统解决方案，从而提升市场份额。此外，我们还利用这项技术大幅减少了重量、零部件数量和所需装配，从而显著节省了运营成本。”

经过严格的资格审查，伊顿公司采用增材制造技术生产的燃油扫气喷射泵已获得欧洲航空安全局（EASA）的商用飞行许可，目前已投入使用。通过增材制造工艺，该公司不仅将泵的重量减轻了30%，还缩短了组件的组装时间，并消除了潜在的泄漏路径，例如密封件和螺纹接头，因为这些部件由11个零件合并成一个整体（图14）。

伊顿公司秉承其在铸造和机加工领域的悠久历史，目前正在将增材制造技术融入其整个业务领域，以补充其现有的制造工艺，并运用冷喷涂等增材工艺，为售后市场客户改进老旧和特殊部件的维修方案。“这些案例表明，航空航天业的供应商和供应链正在积极合作，共同实施金属增材制造解决方案，未来我们有望看到更多类似的案例。”约克补充道。

定向能量沉积（DED）的机会

定向能量沉积 (DED) 涵盖多种金属增材制造 (AM) 技术，这些技术可熔化金属丝或金属粉末，通过逐层叠加焊缝有效形成 3D 物体。DED 的优势在于沉积速率高，既可以在初始构建平台上自由成型，也可以直接应用于现有部件。这使得这类 AM 技术特别适用于维修和大规模生产应用。

然而，尽管增材制造技术是最古老的增材制造技术之一，最初于20世纪80年代作为激光熔覆技术开发，但其融入主流生产的程度却较低。修复一直是其主要用途，尤其是由通快（Trumpf）和Optomec等公司开发的基于激光的沉积工艺。Optomec声称，他们已在许多国家安装了数百套采用经过认证的DED工艺修复涡轮叶片的系统，迄今为止，已完成了大量修复工作，数量可能达到数千万次。相反，基于线材的技术在航空航天领域新生产中应用最为广泛，目前已有多家公司正在开发相关产品和工艺。

挪威钛业和波音公司

图 15： 挪威钛业公司为波音 787 梦想飞机大批量生产的沉积态和精加工态 DED Ti-6Al-4V 结构部件（图片由波音公司提供）

据报道，挪威的Norsk Titanium是第一家获得 FAA 批准使用DED生产AM 组件的公司，但时间还不长，直到2017年。这是因为波音公司委托其生产787 梦想飞机的零件（图 15）。

波音公司 M副技术研究员Matthew Crill指出，随着AM开始在该领域获得关注，波音公司向其供应商寻求787乘客地板厨房对角配件的解决方案。每艘船有四个零件，Norsk Titanium成为其合格供应商，并于2018年获得航空周刊网络2018年度桂冠奖，以表彰其首次在任何商用飞机中使用的结构钛AM零件。

这些部件于2017年6月安装在首架飞机上，此后一直处于满负荷生产状态。克里尔表示：“许多人试图彻底改变设计，而这件部件则刻意保持了相同的最终几何形状，无论是由板材加工而成，还是由近净线DED预制件加工而成。” 对于波音公司而言，主要关注点在于降低“买飞”成本，以兼顾成本和可持续性。继这一成功之后，波音公司还采用了挪威钛合金技术生产的其他几种线DED部件，并通过其次级供应商安装在787项目上。

Crill 补充道：“事实证明，与采用板材加工相比，采用近净预制件加工零件，其“买飞比”通常可降低 80%，这体现了其显著优势。这种降低通过减少浪费，在零件成本和可持续性方面带来了诸多益处。”

或许，对DED进行最全面的研究和开发是由NASA进行的，NASA马歇尔太空飞行中心高级推进工程师保罗·格拉德尔等专家也经常展示和发表他们的研究成果。然而，尽管研发活动数量惊人，但关于NASA任务中使用的已发射部件的信息却十分有限。

卫星和天线解决方案

更远一点，在太空领域，增材制造几乎已成为常态。撇开火箭发动机不谈，常规生产的部件包括SpaceX猎鹰9号火箭上使用的Merlin 1D发动机的氧化阀、为SpaceX Dragon 2火箭舱逃生系统提供容错推进系统的Super Draco发动机，以及GKN公司为阿丽亚娜集团提供的用于阿丽亚娜6号火箭普罗米修斯发动机的涡轮机。美国国家航空航天局(NASA)在采用金属增材制造方面也一直处于领先地位，发送到火星的毅力号探测器在其两台仪器中使用了11个金属增材制造部件。

然而，金属增材制造最初应用于难度较低的太空领域，AlSi10Mg合金已用于多个卫星项目。在这些情况下，供应链似乎对将金属增材制造用于这些先进应用反应良好，为空中客车防务与航天公司(AD&S)等公司供应各种无源结构和有源通信设备。这家总部位于英国的公司已与外部增材制造服务提供商签约，从2015年开始生产TMTC天线支架等零件，这可能是第一个用于欧洲之星E3000卫星发射任务的完全合格零件。

该公司又为两颗欧洲之星Neo系列卫星HOTBIRD 13F和13G生产了500多个射频波导组件。这些卫星项目均已在2022年之前成功发射，以支持欧洲通信卫星组织在欧洲、中东和北非的电视转播服务。TMTC支架对公司而言具有里程碑意义，因为它实现了35%的减重，并将之前由四个部件和44个铆钉组成的支架设计简化为一个整体。此外，通过应用生成式设计软件，该支架的刚度也比之前的部件提高了40%。

仅凭上述示例就足以证明新兴的增材制造供应链已准备好满足航空航天领域的需求。其中包括像Optisys这样的公司，该公司已通过增材制造开发了一系列产品（图16）。首席创新官Rob Smith表示，他们通过实施增材制造看到了所有这些好处：“定制组合和安装选项的开发和生产周期缩短。此外，还能设计出更小、更轻的封装，通过减少零件数量提高可靠性，并实现更一致的性能模式。”

图 16：PBF-LB 制造的用于低地球轨道 (LEO) 的射频天线部件（Optisys 提供）

该公司自2016年以来一直致力于开发AM天线解决方案，并已向各种客户平台交付了40多个航天部件，主要面向低地球轨道（LEO）应用。多个部件已成功应用于发射项目，例如2018年11月交付给国际空间站（ISS）的喇叭阵列天线部件，以及截至2022年的其他几个商业卫星项目。

该公司专门设计这些部件，并采用增材制造 (AM) 作为预期生产工艺，并取得了非凡的性能提升。与过去重达4-5公斤的设备相比，现在的设备重量仅为 40-50 克，却能提供同等功能。即使是较为典型的设计也产生了巨大的影响，Smith表示：“从我对这个行业的普遍看法来看，我们平均减轻了 50-80% 的重量。” 最大的减重优势来自于零件数量的大幅减少，以及螺丝、垫圈和转接器的淘汰。他补充道：“在我们的无源波导网络中，我们通常会采用 100:1 的工艺，而且在很多情况下，我们最终的设计根本无法用传统工艺制造。”

这是一个真正受益于大规模定制的行业，无需改变任何制造流程。在图16所示的Optisys示例中，该公司已经能够创建一个产品线系列，其中的零件相似，但工作频率略有不同。这通常需要对传统设计和生产的零件进行重大改动。它还受益于大大缩短的交付周期。虽然大部分时间都花在设计验证上（这并非增材制造工艺所独有），但它处理的零件更少，这意味着设计、文档编制、发布和装配步骤大大减少。由于其独特的方法，该公司声称能够在关键期限内交付零件，而其他公司则根本无法做到。

谈及定制和交付时间，史密斯总结道：“我们的制造流程始终如一，通过这种方式，我们可以通过数字化制造实现良好的定制……我们最快可在两周内交付设计，这在我们的行业中是闻所未闻的，但通常情况下，我们可以将交付时间从几年缩短到六到九个月。”

结论

这里展示的例子来自航空航天领域的一些领先公司，但互联网上的文章和新闻稿中还有很多例子。二十年前，这或许只是一个很短的故事，但如今，用一本书来讲述这个主题却轻而易举。

金属增材制造技术将航空航天工业推向了设计自由、结构轻量化和性能提升的新时代。粉末床熔合技术、定向能量沉积技术以及（无疑即将推出的）粘合剂喷射技术的成功应用，不仅颠覆了现状，更彻底地提升了生产更大功能部件的潜力，使其拥有更复杂的几何形状，从而提高燃油效率、减少排放并增强耐用性。

随着航空航天领域继续探索金属增材制造在其零部件生产的整个价值链中的能力，其方式将不断发展：准备构建文件、使用建模来补偿失真、优化刀具路径、材料处理和回收将更加可持续，并且后处理、检查、鉴定和认证将标准化。

国际标准化组织 (ISO)、美国材料与试验协会 (ASTM) 和美国汽车工程师学会 (SAE International) 等机构正在同步制定亟需的行业标准，这为行业发展提供了坚实的基础。这些机构都设立了专门的工作组，致力于制定航空航天产品生产中所需的工艺、材料和零部件的成文要求。ISO 和 ASTM 也已就一些已发布的标准展开合作。迄今为止，由 F42 委员会牵头的 ASTM 已发布了三项专门针对航空航天领域的机器认证、操作员认证和零部件分类的标准。

目前，另有四项标准正处于不同的制定阶段。同样，该领域权威的标准制定机构——国际自动机工程师学会 (SAE International) 也设有 ASM AM（金属工作组）。尽管 SAE 在考虑航空航天零部件生产标准方面起步较晚，但自 2016 年以来，它已共发布了 33 项标准和建议规范。此外，还有 36 项文件正在制定中，其中 6 项或更多文件即将于今年晚些时候发布。这些文件涵盖了从金属粉末和线材原料的成分和物理特性、工艺最低要求和具体的记录文件，甚至还包括对原料回收和再利用的监控和再认证要求等方方面面。

此外，由于美国联邦航空管理局(FAA) 和欧洲航空安全局(EASA) 等机构正在携手合作，确保为增材制造部件的适航性认证奠定坚实的基础，金属增材制造的未来前景已得到保障。这些机构多年来一直就增材制造举行联合会议，最近在德国科隆召开会议，强调现场监测必须成为系统供应商和用户共同开发的关键领域。一个名为“制定五年计划以获得EASA/FAA验收——机器监测”的工作组已进入第三个年头，该工作组将制定措施，使供应链能够通过FAA/EASA验收标准。这无疑向所有增材制造机器原始设备制造商发出了挑战；他们必须应对挑战，使其技术不再仅仅局限于从构建中创建数据，而是将其转化为能够确保零件质量的、完全有意义的构建报告。

金属增材制造对航空航天制造业的颠覆速度远超其他任何制造技术，然而即使二十年后，我们仍处于应用的早期阶段。截至本文付印，已有数百万美元、英镑和欧元的资助项目宣布，旨在进一步推动金属增材制造在航空航天领域的应用。这将推动增材制造的更快普及和发展，这主要源于人们对制造业可持续性发展、燃料利用效率提升或能源形式更清洁的需求。可以肯定的是，未来几年增材制造将迎来更令人瞩目的进步，进一步巩固其在塑造航空航天工程未来发展中的重要地位。

注：本文由3D打印技术参考创作，未经联系授权，谢绝转载。

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