關(guān)于3D打印進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)，那么對(duì)于航空航天行業(yè)來說，3D打印所面臨的主要挑戰(zhàn)又是哪些呢？

3D打印與材料科學(xué)

    增材制造的早期采用者一直是航天工業(yè)，通過3D打印技術(shù)來處理非常復(fù)雜（通常是定制）的組件。增材制造使設(shè)計(jì)師能夠優(yōu)化組件的設(shè)計(jì)，并生產(chǎn)非常復(fù)雜的產(chǎn)品，而不會(huì)產(chǎn)生高成本，并且避免了開模過程，從而縮短了交付周期。

    2018年，航空航天行業(yè)面臨著前所未有的績效壓力，一方面是越來越多的乘客對(duì)全球旅行需求的不斷增加，另一方面是飛機(jī)制造面臨著更高的性能要求，更低的制造、運(yùn)行、維護(hù)成本需求，可持續(xù)性和效率是航空航天行業(yè)所關(guān)心的話題。

2016年，增材制造市場(chǎng)總規(guī)模估計(jì)為60.63億美元，其中航空航天占整個(gè)市場(chǎng)的18.2％。到2022年，整個(gè)市場(chǎng)預(yù)計(jì)將增加到262億美元。

典型的航空航天部件的材料浪費(fèi)在90-99％之間，從長遠(yuǎn)和地球資源的可持續(xù)性發(fā)展角度看，如此高的浪費(fèi)在商業(yè)上是不可行的，而增材制造不僅僅提升了零件的性能，還從節(jié)約材料方面為航空航天制造業(yè)打開了另一扇門。

    十多年來，航空航天工業(yè)一直在探索增材制造工藝的應(yīng)用。在理解3D打印技術(shù)及其局限性方面已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。只有當(dāng)人們開始探索通過工藝鏈（粉末合金，增材制造加工和熱處理）過程中所發(fā)生的材料科學(xué)時(shí)，工業(yè)化的技術(shù)路線圖才會(huì)變得更加清晰。當(dāng)增材制造被認(rèn)為是制造材料而不僅僅是形狀的工藝，思維就會(huì)發(fā)生變化。

認(rèn)證、檢測(cè)、工藝、成本的重重挑戰(zhàn)

那么3D打印要如何迎接挑戰(zhàn)以適合航空航天領(lǐng)域生產(chǎn)的需求？

1. 首先，必須確信可以開發(fā)出可在單臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器上實(shí)現(xiàn)高重復(fù)性質(zhì)的強(qiáng)大流程。

     隨著3D打印技術(shù)被納入更大的制造供應(yīng)鏈中，根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，人工智能在3D打印車間的運(yùn)用將發(fā)揮兩大作用，一是提升工藝的自動(dòng)化提升水平，這種自動(dòng)化與車間的機(jī)器人自動(dòng)化是不一樣的，拿美國硅谷高科技公司 Authentise的3Diax軟件來說，通過人工智能，Authentise盡大程度地確保增材制造過程本身具有可重復(fù)性和可追溯性。當(dāng)然人工智能的運(yùn)用還帶來了第二個(gè)優(yōu)勢(shì)，數(shù)據(jù)的價(jià)值在于積淀，如果說數(shù)據(jù)像石油一樣是一種資源，那么人工智能就像煉化廠一樣將數(shù)據(jù)的價(jià)值提煉出邏輯思維的能力，而這種能力帶來了一個(gè)直觀的結(jié)果，那就是加速所生產(chǎn)的產(chǎn)品商業(yè)化進(jìn)程。

2. 其次，制造過程必須能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)上可行的商業(yè)案例。

    這方面，我們已經(jīng)看到了一些早期的成功案例，除了GE的噴油嘴，一個(gè)典型的案例是，2017年空客首次安裝3D打印鈦金屬零件在批量化生產(chǎn)的A350 XWB系列飛機(jī)上。這款3D打印的零部件是由鈦制成的支架，可以裝配到飛機(jī)吊架中，該平面的部分有效地連接機(jī)翼和發(fā)動(dòng)機(jī)。這款3D打印零件是由美國鋁業(yè)分拆出來的Arconic生產(chǎn)的。通過使用粉末床激光熔融金屬3D打印系統(tǒng)，可以很快地生產(chǎn)多個(gè)零件。

    當(dāng)然，單純依靠3D打印是很難進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的，拿Arconic來說，Arconic在傳統(tǒng)金屬制造技術(shù)和3D打印領(lǐng)域都有根基，并擁有航空航天工業(yè)中最大的HIP（熱等靜壓）設(shè)備之一，該設(shè)備用于加強(qiáng)由鈦和鎳基超合金制成的3D打印和非打印部件的金屬結(jié)構(gòu)。而根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，國內(nèi)企業(yè)中鉑力特也配備了完善的HIP（熱等靜壓）設(shè)備以及質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備。

   不過當(dāng)前航空航天領(lǐng)域漫長的認(rèn)證時(shí)間也帶來了產(chǎn)業(yè)化壁壘的進(jìn)一步推高，此外由于測(cè)試和驗(yàn)證方法（工業(yè)CT斷層掃描和X射線等）的駕馭能力并不成熟，通常3D打印在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用涉及到相當(dāng)高的廢品率，這些部件在驗(yàn)證過程中被拒絕，這進(jìn)一步提高了3D打印進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)判斷，當(dāng)前基于經(jīng)驗(yàn)的3D打印模式將逐步被以前饋控制，過程監(jiān)測(cè)，人工智能為主導(dǎo)解決方案所進(jìn)化。

   除了認(rèn)證的壁壘，當(dāng)前3D打印用于航空航天制造領(lǐng)域關(guān)鍵的成本驅(qū)動(dòng)因素包括構(gòu)建速度、設(shè)備投資、粉末、質(zhì)量驗(yàn)證、消耗品和公共事業(yè)費(fèi)用、運(yùn)營效率、工藝水平、后處理和昂貴的表面處理等。雖然其中一些因素可以在內(nèi)部解決，但是3D打印行業(yè)需要通過協(xié)作來推動(dòng)一些重要的成本因素（設(shè)備、消耗品、粉末等）得到有效解決。

圖片：產(chǎn)業(yè)化曲線斜率與行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的合作水平有關(guān)

  最后的挑戰(zhàn)是合作創(chuàng)建通用數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，從這方面來說，3D打印行業(yè)要取得長遠(yuǎn)的發(fā)展，當(dāng)前面臨的局面更多的是合作而不是無序的競(jìng)爭(zhēng)。

來源：3d打印網(wǎng)

編輯：董強(qiáng)