钛合金用量达14%,近八成却被浪费？空客用3D打印实现节省

减轻飞机重量、增加运载能力、降低油耗是航空公司选择飞机的重要依据，提高先进合金材料用量对于未来民用客机的开发具有重要意义。

从两大国际飞机制造商的数据来看，空客和波音主要机型的钛合金用量呈现逐步提升趋势。据统计，空客飞机的钛用量已从A320的4.5%增至A340的6%，A380提升至10%，而最新一代A350客机的钛合金用量进一步提高到14%左右。波音飞机的用钛量同样持续增长，从早期波音707的0.5%逐步提升至747的4%、777的7%，到787时已达到15%左右。我国商用客机的发展也遵循这一趋势，C919大型客机的钛合金零部件净质量约占飞机总净质量的9.3%，而正在研制中的宽体客机CR929预计钛合金使用量将达到15%左右。

根据3D科学谷的市场观察，钛合金用量提升的背后，其中一个重要驱动因素是碳纤维复合材料在航空制造中的广泛应用。钛合金与碳纤维复合材料具有优异的相容性，不仅强度高、耐腐蚀，且能有效减轻结构重量，因此特别适合用于高应力区域和与复合材料接触的关键部位。

然而，在钛合金用量激增的同时，航空制造商也面临双重挑战：一方面，钛合金属于高价值金属，传统锻造工艺的材料利用率极低，可能有多达80%至95%的原材料在切削中被浪费，这对航空业追求精益制造和可持续发展带来挑战。另一方面，飞机性能的持续优化，愈发依赖于对结构进行更高效、更轻量化的优化设计，而传统制造工艺在实现复杂一体化结构时，常面临成本高昂、周期漫长或技术不可行的限制。

那么，是否存在一种制造方式，能够同时解决材料浪费的燃眉之急，并解锁复杂结构设计的未来潜力？航空制造商空中客车以其多年来实践的线材定向能量沉积（w-DED）增材制造技术回应了这些问题。

w-DED 如何工作？

AIRBUS空客指出，该技术采用一个搭载钛合金丝卷轴的多轴机械臂，依照数字模型进行精密移动。通过将激光、等离子或电子束等能量聚焦于丝材，使其瞬间熔化，并逐层熔覆沉积在基板上。

从表面看，其过程类似焊接，但实际上完全由三维模型控制，能够自下而上地将材料“打印”成所谓的“毛坯件”。该毛坯件形态已非常接近最终所需形状，达到“近净成形”状态，之后仅需经过快速精加工即可满足零件的精确尺寸要求。

“3D Science Valley 白皮书 图文解析

解锁大型飞机钛合金结构件

尽管金属3D打印技术已在航空航天领域应用约十年，但此前主要局限于小型部件。“粉末床”3D打印系统通常用于制造长度在60厘米（约两英尺）以下的零件。

相比之下，w-DED 技术使空客得以突破尺寸限制，能够制造长度达七米（超过 23 英尺）的大型钛合金结构件。新工艺的生产速度有望每小时产出数公斤材料。这使得3D打印技术在大型商用飞机结构件的工业化、规模化生产中成为可能。

助力降低钛原材料损耗

3D科学谷在前文谈到，在追求可持续与精益制造的今天，传统锻造工艺难以满足航空制造商对成本控制和资源效率的苛刻需求。

空客引入DED增材制造的其中一个重要原因是可以从源头避免加工过程中产生的材料浪费。这是由于，在DED增材制造过程中，零件是以“近净成形”方式逐层生长而成，非常接近最终设计形状，后续仅需极少量的切削加工即可完成。

提升飞机研发敏捷性

传统模锻工艺还需制造大型复杂模具，这一过程可长达两年，且需要巨额前期投入。相比之下，3D打印零件的形状完全由计算机程序定义，能够将交付周期缩短至数周。w-DED所带来的敏捷性，尤其有利于首架原型机的顺利与及时制造——即便在详细设计仍在持续微调与优化阶段，该技术也能支持实体部件的快速迭代，直至整机进入总装。

在A350生产中的首次验证

空客近期已开始在A350飞机的货舱门周边结构中，正式批量集成采用w-DED 技术制造的大型部件。在此探索阶段，这些由空客设计的特定零件由合格供应商利用等离子w-DED工艺完成打印，再经Testia不来梅公司进行超声波检测，最终在空客自有工厂完成精加工与装配。

这些零件在功能与几何尺寸上，与所替代的传统锻造件完全一致，但已实现显著的成本节约。

展望未来，空客计划以A350的w-DED 部件为起点，逐步将该技术推广至其他项目与飞机上更为关键的部位（长远来看包括机翼与起落架等）。

为DED而设计

更重要的是，这项技术催生了“为 DED而设计”的新理念。工程师不再需要将复杂部件拆分为多个独立零件进行分别制造与组装，而是可以将其设计为一个整体式、结构优化的一体化部件，并通过一次打印成型。这种整合多零件为单一构件的能力，将有效简化供应链、减少装配工序、缩短生产周期，从而充分发挥下一代基于3D设计理念的客机的全部潜力。

全力推进关键部件制造应用

目前，空客及其合作伙伴正全力推进w-DED关键部件制造经验的积累，并已取得令人鼓舞的进展。工程师们正在测试包括等离子、电弧焊、电子束与激光束在内的多种能量源，并同步评估“外购”（委托外部打印）与“自造”（内部生产）两种策略。此外，该技术将在空客集团层面形成统一标准，确保其成果在全公司范围内得到应用与推广。

系统化推进的适航逻辑

适航认证最耗时最挑战的环节是对安全性的认知，也就是说怎样证明材料是安全的。国际上的民航制造业经过多年实践，积累了经验。当我们提到适航认证，实际上是对于飞机零件的认证，这涉及到三个方面：材料、工艺与设计。而增材制造 -3D打印技术同时涉及到了这三个要素。首先，增材制造是一种制造工艺。同时，如果将这一工艺的价值发挥到最大，还需要开展面向增材制造的设计。如果在零件增材制造时使用了新型材料，那就又增加了一个需要确认安全性的要素。所以最稳妥的方式，就是分步骤、一步一步来解这个题，把风险降到最低。 3D科学谷，公众号：3D科学谷

3D科学谷认为，空客在钛合金DED增材制造上的推进路径，恰是对以上专访中所谈到的“三步走”适航逻辑的映照。

首先从A350货舱门这类次承力结构切入，在材料与设计不变的前提下，集中验证w-DED工艺本身的可靠性；然后逐步向主承力结构延伸并推进“为DED而设计”的优化。现阶段则聚焦于以新工艺挖掘传统材料的潜力，而非同时挑战材料、工艺、设计的全新路径。

这种分阶段、控风险的推进策略，不仅体现了产业化过程中必要的节奏感，更揭示了航空增材制造的本质——它不仅是技术革新，更是一场“信任构建”的系统工程。如何在适航框架内，将技术创新转化为可被认证、可被量产的可靠价值，其背后所蕴含的节奏把握、风险分层与验证逻辑，或许比具体技术细节更值得行业深思。

参考资料：

承德天大钒业股份有限公司公开转让说明书(申报稿).东方财富网

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