空客官宣：利用钛合金3D打印技术引领飞机制造行业

3D打印技术参考注意到，空客公司于近日官宣将采用钛合金3D打印技术引领飞机制造行业。其指出，未来客运飞机上的承力和易疲劳部件，将采用增材技术层层制造出来，而不是像以前那样采用减材技术切割下来。多年以来，空客公司为实现这一目的已经进行了积极准备，这一目标正逐渐成为现实。

空客特别提及了基于金属丝材的定向能量沉积3D打印技术（w-DED）。该技术使用多轴机械臂、钛丝，以高精度移动。能量源以激光、等离子或电子束为主。3D打印过程中，能量源聚焦到钛丝上，瞬间将其熔化，并逐层熔合到表面上。

从技术形式上，它类似于焊接，但以3D模型为指导，从“无到有”地打印出物体，形成所谓的“毛坯”。这个毛坯看起来非常接近最终所需的形状，即“近净成形”，随后进行减材加工，使其符合零件设计的精确尺寸。这种钛合金增材制造技术与传统的减材制造方法（例如板材加工或锻造）相比，能够以更少的材料浪费制造飞机结构件。

采用能量沉积工艺

3D打印大型客机零件

空客指出，虽然金属3D打印技术在航空航天领域已经应用了大约十年，但采用的主要的工艺类型是激光粉末床熔融（LPBF）3D打印技术，而且所制造得了零件尺寸多为500mm左右的小尺寸零件。

但空客在十年前就畅想要使用3D打印技术制造整个机身，使用LPBF技术就是再盼20年几乎也不可能实现。而能量沉积技术则不然，它能够制造大型复杂零件，已经有大量的公开展览和宣传公布了激光DED技术在飞机主承力结构中的使用。

空客早期使用LPFB金属3D打印制造的拼接功能组件

王华明院士送粉DED技术3D打印的大型框梁结构已在飞机上获得应用

空客指出，基于丝材的DED技术使其能够从打印小型零部件扩展到制造长达7米的大型钛合金结构件。这项新工艺比粉末床3D打印更快，将产量从每小时数百克提升至每小时几公斤。这一飞跃有望使3D打印技术在商用飞机大型结构件的工业化、大批量生产成为可能。

有助于减少钛原材料浪费

为什么要关注钛？钛金属因强度高、重量轻以及与现代碳纤维复合材料结构的兼容性（例如耐腐蚀性、相对膨胀系数和其他性能）成为飞机制造的关键材料。但是，钛合金也是一种高价值原材料，因此节约钛资源至关重要。

传统基于锻造工艺制造钛合金材料，须进行减材加工才能获得最终零件，该过程会产生大量“废料”。在飞机制造行业，通常会通过“买飞比”来衡量，即采购的原材料数量与飞机上实际使用的原材料数量之比。在传统工艺中，钛合金的浪费量达到80%-95%。

空客DED制造的近净成型大型零件

挪威钛等离子沉积3D打印钛合金

采用3D打印技术，此类浪费大多从源头上得到避免。这是因为零件“生长”成的形状已经非常接近最终设计（“近净成形”），因需要加工去除的材料极大减少。

为飞机研发带来灵活性

传统的模锻工艺需要制造大型复杂的模具，耗时长达两年，且前期需要大量资金投入。相比之下，3D打印零件的形状由计算机程序决定，将交付周期缩短至短短几周。3D打印技术的灵活性将直接助力首架研发飞机的成功和及时建造，尤其是在最终详细部件设计还需要调整和优化的阶段。

在此方面，我国C919大飞机的研制提供了一个典型案例。王华明院士曾在2022年的《院士开讲》等栏目中透露，C919机头主风挡窗框也是3D打印的。这个部件结构复杂、尺寸很大。但是当时国内的飞机制造厂用传统方法无法做出，只有欧洲一家公司能做出来，但要花2年、200万美元才能制造，这个代价可以说是相当昂贵的。如果依赖这家欧洲公司，就会导致C919成本急剧上升，性价比和竞争力无法与空客和波音相比。而且，国产大飞机的研发进度紧迫，无法耗费两年时间等待一个窗框。

2009年，王华明院士和他的科研团队在接到任务后，仅耗时55天就完成了窗框的设计，完全符合原始图纸，顺利保障了我国大飞机的研发进程；同时，其总费用甚至不到200万元人民币，极大节约了研制成本！

空客A350生产的首次验证

空客近期已开始将大尺寸的DED 3D打印部件批量集成到A350的货舱门周围区域。这些用于探索阶段的专用部件采用等离子金属丝材DED技术进行3D打印，经超声波检测，最终在空客工厂完成加工和安装。

DED首批下框架交付

这些部件在功能和几何形状上与它们所替代的传统锻造部件完全相同，但却能立即带来实实在在的成本节约。

空客的下一个目标是从A350 DED 3D打印部件入手，逐步将其推广到其他项目和其他飞机（包括长远来看的机翼和起落架）更关键的应用领域。

起飞过程起落架工作情况

重要的是，这项技术实现了“面向分布式能源设计 (DED)”的概念。工程师们不再需要将复杂的组件设计成多个独立部件，然后再将它们组装在一起，而是可以将其设计成一个单一、精细且优化的组件，并一次性打印完成。这种将多个组件合并为一个的优势将简化供应链，减少组装人工，缩短生产周期，并充分释放下一代3D打印客机的潜力。

空客未来飞机概念设计

如今，空客及其合作伙伴正积极推进关键部件的定向能量沉积技术经验积累，并取得了令人瞩目的成果。工程师们正在测试各种能源，包括等离子体、电弧焊、电子束和激光束，同时评估“外购”（外包打印）和“自制”（内部完成）两种策略。此外，由于这项技术以空客集团层面的统筹方式进行管理，最终成果将成为行业标准，并在整个公司范围内得到应用。

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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