增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

徐愛(ài)國(guó) （達(dá)索系統(tǒng)公司）

增材制造技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用

徐愛(ài)國(guó) （達(dá)索系統(tǒng)公司）

1　行業(yè)背景

隨著全球航空航天國(guó)防預(yù)算自2013年開(kāi)始呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，各國(guó)政府部門(mén)在預(yù)算壓力下都在考慮低成本的替代方案，包括引入民營(yíng)商業(yè)公司，更多地采納民用成熟技術(shù)，型號(hào)中應(yīng)用更多的商用現(xiàn)貨（COTS）等策略、手段應(yīng)運(yùn)而生。在此背景下，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）及一網(wǎng)公司（OneWeb）等一批私營(yíng)企業(yè)的崛起，給整個(gè)行業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局和研發(fā)生產(chǎn)模式帶來(lái)了顛覆性變化。太空探索技術(shù)公司的低成本研發(fā)和低成本發(fā)射服務(wù)，使其快速占據(jù)市場(chǎng)份額，也使得中國(guó)在商業(yè)發(fā)射領(lǐng)域依托低成本和可靠性取得的優(yōu)勢(shì)面臨挑戰(zhàn)。在美國(guó)一些智庫(kù)預(yù)測(cè)中國(guó)制造業(yè)無(wú)論低端還是高端，都會(huì)在未來(lái)10～20年全面超越美國(guó)的背景下，太空探索技術(shù)公司創(chuàng)始人伊隆·馬斯克卻以“獵鷹”（Falcon）火箭和“龍”（Dragon）飛船為例，宣稱(chēng)這是一個(gè)創(chuàng)新戰(zhàn)勝勞動(dòng)力成本的一個(gè)實(shí)例。同樣，一網(wǎng)公司在2016年4月正式宣布，其與空客防務(wù)與航天公司（ADS）在佛羅里達(dá)的合資工廠將吸收飛機(jī)制造業(yè)的量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，采用自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行批產(chǎn)和測(cè)試，實(shí)現(xiàn)每周15顆衛(wèi)星的批產(chǎn)和交付速率，并將每顆衛(wèi)星的成本控制在50萬(wàn)美元以下，這同樣顛覆了衛(wèi)星價(jià)格高、小批訂制的傳統(tǒng)印象。

在這種全球化競(jìng)爭(zhēng)、市場(chǎng)劇烈變化、技術(shù)快速演進(jìn)以及信息網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)新業(yè)務(wù)模式變化的背景下，每一個(gè)行業(yè)參與者都感受到了重重壓力。這種變化不僅不會(huì)停下來(lái)，而且會(huì)愈演愈烈，從業(yè)者如果不能快速響應(yīng)并做出對(duì)策，必然在競(jìng)爭(zhēng)中被淘汰。與其在這種變化中掙扎，不如主動(dòng)求變，去擁抱這種市場(chǎng)變化，利用技術(shù)變革改變游戲規(guī)則，以求在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。

增材制造被認(rèn)為是有潛力成為改變航空航天制造業(yè)的一項(xiàng)技術(shù)變革，在未來(lái)可能會(huì)給整個(gè)行業(yè)帶來(lái)顛覆性的變化。增材制造也被稱(chēng)作3D打印，理想的增材制造技術(shù)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)成本低廉而且快速的按需制造，并且進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。目前，增材制造尚不能達(dá)到理想目標(biāo)，但已經(jīng)不再停留在概念原型方面的應(yīng)用。隨著關(guān)鍵技術(shù)的突破，整個(gè)工業(yè)界對(duì)其前景愈加樂(lè)觀，不斷加大投入開(kāi)展相關(guān)方面研究。

近年來(lái)，隨著歐美發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)制造業(yè)的重視，制造業(yè)振興成為國(guó)家戰(zhàn)略，相應(yīng)的增材制造技術(shù)研究也成為其中重要的一項(xiàng)內(nèi)容，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬將增材制造作為美國(guó)制造業(yè)回歸的重要方向，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛制定了發(fā)展推動(dòng)增材制造技術(shù)的國(guó)家戰(zhàn)略和項(xiàng)目，各航空航天企業(yè)也密集投入開(kāi)展增材制造研究應(yīng)用。

2　研究方向

增材制造在航空航天領(lǐng)域的研究方向主要包含創(chuàng)新設(shè)計(jì)，材料研究，大尺寸、高性能部件制造研究，標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)力控制，生產(chǎn)速率與質(zhì)量的平衡等。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)

增材制造打破了設(shè)計(jì)受限于傳統(tǒng)制造的約束，對(duì)設(shè)計(jì)理念將產(chǎn)生大的顛覆。一方面，可為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)帶來(lái)廣闊的自由空間。另一方面，不再受限于單一勻質(zhì)材料的設(shè)計(jì)理念，考慮功能驅(qū)動(dòng)的多材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，宏微觀一體化設(shè)計(jì)及智能化工藝集成開(kāi)拓了新的研究方向。如何利用增材制造的這些優(yōu)勢(shì)開(kāi)展創(chuàng)新研發(fā)，是當(dāng)前航空航天制造業(yè)一個(gè)重要研究方向。空客集團(tuán)（Airbus Group）、賽峰集團(tuán)（SAFRAN）、美國(guó)航空航天局（NASA）、洛馬公司（LM）、通用電氣公司（GE）等均在這個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展了大量研究，有些已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用，如通用電氣公司采用增材制造噴嘴，用一個(gè)零件取代傳統(tǒng)20多個(gè)零組件，空客集團(tuán)、波音公司（Boeing）也在大量開(kāi)展零件空間拓?fù)鋬?yōu)化，以實(shí)現(xiàn)減輕質(zhì)量的目標(biāo)。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)帶來(lái)的產(chǎn)品變革

材料研究

材料研究是增材制造的基礎(chǔ)，目前在增材制造領(lǐng)域尚有諸多的材料瓶頸需要突破，材料問(wèn)題對(duì)增材制造的成本、質(zhì)量控制、工藝、可靠性、制造效率及規(guī)?；a(chǎn)均具有直接的關(guān)系。目前材料方面的挑戰(zhàn)來(lái)自材料成本居高不下、材料可選擇范圍窄，以及受限的多種材料同時(shí)打印等問(wèn)題。

航空航天領(lǐng)域增材制造采用的材料范圍主要是高分子聚合物及金屬粉末，這些材料的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)制造中同類(lèi)材料成本，例如，增材制造中采用的熱塑材料價(jià)格2013年約為200美元/kg，而在傳統(tǒng)注塑工藝中僅約為2美元/kg。同樣，增材制造中使用的不銹鋼材料價(jià)格約為8美元/cm2，超過(guò)了傳統(tǒng)加工不銹鋼價(jià)格的100倍?？傮w來(lái)說(shuō)，增材制造中采用的金屬粉末價(jià)格至少為傳統(tǒng)制造的10倍以上。

相較傳統(tǒng)加工制造方法，增材制造中材料的選擇范圍較窄也是當(dāng)前面臨的一個(gè)問(wèn)題。另外，一個(gè)零件采用多材料同時(shí)打印可顯著提升設(shè)計(jì)靈活度，例如，根據(jù)產(chǎn)品或部件需滿(mǎn)足的多個(gè)功能特性要求將耐高溫與耐腐蝕材料一起打印，輕質(zhì)材料與阻燃特性材料在一起打印。但目前支持多種材料打印的系統(tǒng)還較少。

相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，隨著材料科學(xué)的進(jìn)展、對(duì)材料微觀宏觀研究的深入，以及新材料的不斷涌現(xiàn)，上述這些問(wèn)題會(huì)得到大幅改善。

大尺寸、高性能部件制造研究

當(dāng)前，相比較傳統(tǒng)制造，受限于設(shè)備及工藝，在大尺寸部件制造上，增材制造面臨諸多挑戰(zhàn)，洛馬公司與美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作研究在開(kāi)放環(huán)境中多頭打印大尺寸部件，其稱(chēng)為“大區(qū)域增材制造系統(tǒng)”（BAAM），北京航空航天大學(xué)與國(guó)內(nèi)航空研究所合作，在大尺寸、高性能鈦合金部件增材制造領(lǐng)域取得了不少突破，目前最大可以打印4m×3m×2m的大型鈦合金部件，并且在一些國(guó)防項(xiàng)目及C919民機(jī)型號(hào)上都已經(jīng)有了成功的型號(hào)應(yīng)用。這個(gè)領(lǐng)域的研究仍在不斷深入，隨著材料研究突破、內(nèi)應(yīng)力的預(yù)防控制及設(shè)備工藝的不斷升級(jí)，尺寸限制及構(gòu)件性能方面都會(huì)有不斷的突破，可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)會(huì)越來(lái)越多地采用增材制造手段來(lái)制造大尺寸、長(zhǎng)周期的關(guān)鍵受力件甚至整機(jī)產(chǎn)品。

洛馬公司構(gòu)想的未來(lái)3D打印飛機(jī)制造工廠

標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化是增材制造大規(guī)模工業(yè)化的前提，缺少對(duì)增材工藝過(guò)程的表征、控制和認(rèn)證批準(zhǔn)，增材制造技術(shù)的大范圍工業(yè)應(yīng)用將受到制約。從2002年國(guó)際自動(dòng)機(jī)工程師協(xié)會(huì)（SAE International）發(fā)布的第1份增材制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)宇航材料規(guī)范AMS4999《退火Ti-6Al-4V鈦合金激光沉積產(chǎn)品》開(kāi)始，到2011年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定17296《增材制造—快速技術(shù)（快速原型制造）》，標(biāo)準(zhǔn)包括術(shù)語(yǔ)，方法、工藝和材料，試驗(yàn)方法，以及數(shù)據(jù)處理四個(gè)分標(biāo)準(zhǔn)。頒布的標(biāo)準(zhǔn)集中在Ti-6Al-4V鈦合金，工藝方法也只包括直接沉積法和鋪粉熔覆法，這也是因?yàn)殁伜辖鸺夹g(shù)相對(duì)成熟，并且在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。針對(duì)其他高溫合金及工藝方法的標(biāo)準(zhǔn)制定仍在研究中，尚未成熟。另外，國(guó)內(nèi)增材制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作也相對(duì)落后，已經(jīng)裝機(jī)使用的增材制造產(chǎn)品均采用各企業(yè)的技術(shù)條件和規(guī)范。需要組織開(kāi)展增材制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃，積極參加國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織增材制造技術(shù)委員會(huì)的活動(dòng)，開(kāi)展相關(guān)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作。

應(yīng)力控制

內(nèi)應(yīng)力一直是增材制造的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，由于增材制造的特點(diǎn)，打印過(guò)程中一直處于熱沖擊狀態(tài)，溫度處于劇烈的循環(huán)變化中，溫度梯度很大，熱應(yīng)力問(wèn)題比較突出。另外，由于固態(tài)相變不均勻以及凝固冷卻速度快，帶來(lái)組織應(yīng)力和凝固應(yīng)力等問(wèn)題。內(nèi)應(yīng)力控制不好，將會(huì)導(dǎo)致打印零件變形、裂紋等問(wèn)題產(chǎn)生，進(jìn)而嚴(yán)重影響零件的力學(xué)性能，這也是增材制造一直在大型關(guān)鍵受力件工程應(yīng)用上的瓶頸。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，目前已經(jīng)開(kāi)展了大量的研究，針對(duì)材料的微觀組織研究，工藝參數(shù)如溫度、速度、支撐、方向?qū)?nèi)部組織的影響，缺陷特征及檢測(cè)方法研究等，這些研究是增材制造的工程應(yīng)用以及尋找增材制造新材料非常關(guān)鍵的一環(huán)。

生產(chǎn)速率與質(zhì)量的平衡

生產(chǎn)速率問(wèn)題也是增材制造大規(guī)模應(yīng)用的一個(gè)瓶頸，如何平衡打印速度與質(zhì)量也是需要研究的課題，打印速度快往往導(dǎo)致應(yīng)力集中問(wèn)題，進(jìn)而帶來(lái)變形開(kāi)裂，而打印速度慢又帶來(lái)批產(chǎn)生產(chǎn)速率和成本問(wèn)題。

其他研究方向

航空航天企業(yè)要利用增材制造技術(shù)取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，除了上述的研究方向，仍然有很多方面需要開(kāi)展研究，包括∶

1）技術(shù)路線(xiàn)制定。導(dǎo)入成熟度的制定，如何制定導(dǎo)入路線(xiàn)圖？如何與傳統(tǒng)制造方法相結(jié)合開(kāi)展工程應(yīng)用推進(jìn)工作？

2）供應(yīng)鏈。在增材制造模式下合作模式會(huì)發(fā)生什么樣的變化？分布式生產(chǎn)會(huì)帶來(lái)什么影響？部件自制還是外包？備品、備件策略如何制定？對(duì)物流和倉(cāng)儲(chǔ)會(huì)帶來(lái)什么變化？

3）人力資源。對(duì)增材制造對(duì)人力資源的組成和規(guī)模影響變化開(kāi)展分析，工程師角色及職責(zé)會(huì)發(fā)生哪些變化？例如，企業(yè)是否需要建立材料研究團(tuán)隊(duì)，研發(fā)中心是否要吸收材料工程師等新的角色加入。

4）財(cái)務(wù)。綜合考慮增材制造帶來(lái)的制造、運(yùn)營(yíng)、物流、倉(cāng)儲(chǔ)等因素，比較分析增材與傳統(tǒng)制造的固定成本與變動(dòng)成本，針對(duì)不同類(lèi)型零件的特點(diǎn)、用途和生命周期成本，分析采用傳統(tǒng)方法與增材制造的優(yōu)劣勢(shì)，例如，對(duì)用量小的備件，研究采用增材制造方式按需現(xiàn)場(chǎng)打印，降低物流和倉(cāng)儲(chǔ)成本。

5）lT。對(duì)IT而言，涉及到CAD/CAM軟件的新的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，如上所述，突破傳統(tǒng)制造約束的設(shè)計(jì)方式發(fā)生變化，功能驅(qū)動(dòng)的多材料，宏微觀一體化設(shè)計(jì)理念變化都對(duì)設(shè)計(jì)軟件提出了新的要求，軟件如何滿(mǎn)足增材制造技術(shù)帶來(lái)的研制流程變化，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)、分析仿真、工藝、質(zhì)量等要求？設(shè)計(jì)制造集成數(shù)字化平臺(tái)如何改進(jìn)升級(jí)因增材制造帶來(lái)的新要求，都是需要在軟件選型時(shí)考慮的因素。

6）知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。增材制造帶來(lái)全新研發(fā)和生產(chǎn)合作模式的同時(shí)，也帶來(lái)了新的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)問(wèn)題，主制造商與合作伙伴的數(shù)字IP信息如何進(jìn)行封裝、交換？以及對(duì)各國(guó)法規(guī)的理解，都是需要研究的課題。

3　　航空航天工業(yè)應(yīng)用趨勢(shì)

增材制造在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用也正在發(fā)生著改變，早期主要進(jìn)行一些快速原型，概念產(chǎn)品研制，小尺寸復(fù)雜零件及非關(guān)鍵受力件的開(kāi)發(fā)研制，采用高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，優(yōu)化結(jié)構(gòu)拓?fù)溥M(jìn)行減重研究。未來(lái)，越來(lái)越多的應(yīng)用，包括嵌入電子電路直接打印，復(fù)雜發(fā)動(dòng)機(jī)部件，復(fù)雜結(jié)構(gòu)承力件，停產(chǎn)機(jī)型的備品備件，太空中按需打印零件/備件，突破運(yùn)載火箭尺寸限制開(kāi)展太空中大結(jié)構(gòu)直接打印，等等。來(lái)自硅谷的創(chuàng)新公司太空制造公司（Made in Space）于2014年與NASA合作將零重力環(huán)境的3D打印機(jī)送入“國(guó)際空間站”開(kāi)展太空打印研究。2015年11月，NASA選擇太空制造公司承擔(dān)1份為期2年、價(jià)值2000萬(wàn)美元的合同，項(xiàng)目命名為“阿克納特”（Archinaut），目標(biāo)是制造一臺(tái)帶有機(jī)械臂的3D打印機(jī)并將其安裝在“國(guó)際空間站”外部的一個(gè)分離艙上，在無(wú)需艙外航天員介入的情況下，利用增材制造技術(shù)進(jìn)行太空中大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造及組裝能力的研究。該項(xiàng)目的合作方還包括諾格公司（Northrop Grumman）和國(guó)際海洋工程集團(tuán)太空系統(tǒng)公司（Oceaneering Space Systems）。其中國(guó)際海洋工程集團(tuán)太空系統(tǒng)公司負(fù)責(zé)“阿克納特”項(xiàng)目中的3D打印機(jī)，根據(jù)計(jì)劃，它將與國(guó)際海洋工程集團(tuán)太空系統(tǒng)公司的機(jī)械臂結(jié)合在一起。而諾格公司則提供系統(tǒng)工程、控制系統(tǒng)、熱分析、軟件、集成測(cè)試等支持。該項(xiàng)目計(jì)劃于2018年在太空軌道上展示“阿克納特”的增材制造和組裝大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力。這樣的太空制造裝置將使NASA和私人航天公司只需運(yùn)送用于增材制造的原料以及某些高價(jià)值部件，比如傳感器、電子元器件、電池等。機(jī)械臂會(huì)將從地球運(yùn)來(lái)的部件與在太空中增材制造的部件組裝在一起。如果2018年進(jìn)行的測(cè)試證明“阿克納特”的表現(xiàn)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，太空制造公司和它的合作伙伴希望能夠進(jìn)一步擴(kuò)展該項(xiàng)目，包括進(jìn)一步增加增材制造功能并配備額外的機(jī)械臂等?！鞍⒖思{特”最終版本將裝有3個(gè)機(jī)械臂，它能夠抓住在軌道上運(yùn)行的結(jié)構(gòu)，為其增加或拆下部件，它甚至能夠從退役的航天器中移除部件，用在新的航天器上。

如果在太空軌道上進(jìn)行制造和裝配成為可能，這將徹底改變航天器的設(shè)計(jì)，工程師們將不再需要耗費(fèi)精力去設(shè)計(jì)那些需要能夠在發(fā)射時(shí)承受重力和震動(dòng)的結(jié)構(gòu)，而且也不用去考慮火箭的運(yùn)載能力和運(yùn)載空間等。另外，這也有助于衛(wèi)星碎片等太空垃圾的回收。因?yàn)檫@些碎片的制造成本往往高達(dá)上億美金，如果有些部件還能夠重新利用，那就有很大的經(jīng)濟(jì)利益刺激人們?nèi)セ厥账麄儭?/p>

太空制造公司主承包的“阿克納特”項(xiàng)目示意圖

4　數(shù)字化技術(shù)在增材制造中的研究應(yīng)用

早在20世紀(jì)70年代末期，美國(guó)聯(lián)合技術(shù)研究中心的D.B.Snow等人就開(kāi)展了采用激光多層熔覆的方法制造鎳基高溫合金零件的研究，并取得了相關(guān)專(zhuān)利，形成了增材制造技術(shù)的雛形。但由于當(dāng)時(shí)數(shù)字化三維建模等技術(shù)成熟度不高，限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。當(dāng)前數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展推動(dòng)了增材制造技術(shù)的實(shí)用性及工業(yè)化應(yīng)用。

相關(guān)數(shù)字化企業(yè)針對(duì)增材制造都在開(kāi)展相關(guān)的技術(shù)探索與商業(yè)化軟件開(kāi)發(fā)工作，以達(dá)索系統(tǒng)公司（Dassault Systemes）為例，針對(duì)上述增材制造在材料、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、內(nèi)應(yīng)力控制、工藝質(zhì)量等面臨的挑戰(zhàn)和研究方向，重點(diǎn)開(kāi)展了如下三方面工作。

1）在計(jì)算材料科學(xué)領(lǐng)域開(kāi)展跨尺度分析。材料研究一直是增材制造的基礎(chǔ)性研究，也是增材制造大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的瓶頸，達(dá)索系統(tǒng)公司于2014年收購(gòu)了在生物、化學(xué)、材料建模、仿真領(lǐng)域領(lǐng)先的應(yīng)用accelrys公司，并整合到達(dá)索系統(tǒng)公司的3D體驗(yàn)數(shù)字化平臺(tái)Biovia旗下。微觀納觀用量子力學(xué)計(jì)算，中尺度進(jìn)行經(jīng)典力學(xué)和細(xì)觀力學(xué)計(jì)算，開(kāi)展從約1nm、10ps的微觀尺度范圍到10μm、10ms的細(xì)觀尺度范圍，再到1mm、1s的宏觀尺度范圍的增材制造研究，建立和打通涵蓋微觀納觀到細(xì)觀，宏觀的數(shù)據(jù)參數(shù)鏈路，開(kāi)展跨尺度分析，對(duì)晶粒生長(zhǎng)、晶界位錯(cuò)、相變、微裂紋和分子鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得到宏觀應(yīng)變曲線(xiàn)，最后形成均一化有限元材料模型，傳給有限元軟件進(jìn)行強(qiáng)度和疲勞耐久性計(jì)算。反過(guò)來(lái)，宏觀分析作為微觀仿真的輸入，例如針對(duì)激光路徑仿真得到的冷卻曲線(xiàn)，仿真晶粒生長(zhǎng)方向及尺寸，進(jìn)而評(píng)估材料系數(shù)，包括熱膨脹系數(shù)、密度及粘度等。

合金材料微觀組織數(shù)字模型

2）功能驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)。由于沒(méi)有了傳統(tǒng)制造的約束，顛覆了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有了廣闊的自由度，新的CATIA采用功能驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)手段，將建模、仿真和優(yōu)化融為一體，利用數(shù)字化空間拓?fù)鋬?yōu)化手段為設(shè)計(jì)空間尋找多個(gè)優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案，同時(shí)針對(duì)空間拓?fù)鋬?yōu)化方案生成工程數(shù)模，直接開(kāi)展分析仿真和進(jìn)一步的工程優(yōu)化，消除從概念到詳細(xì)設(shè)計(jì)有機(jī)形狀之間的障礙。

通過(guò)2年多時(shí)間的驗(yàn)證測(cè)試，空客集團(tuán)在2016年6月宣布與達(dá)索系統(tǒng)公司進(jìn)行戰(zhàn)略合作，采用達(dá)索系統(tǒng)公司的CATIA最新發(fā)布的針對(duì)增材制造技術(shù)的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)模塊，開(kāi)展增材制造用于產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面的工作。

3）制造工藝仿真控制。利用數(shù)字化手段進(jìn)行增材制造的工藝質(zhì)量控制、可制造性分析、生產(chǎn)穩(wěn)定性和一致性以及考慮生產(chǎn)速率的打印策略問(wèn)題也是增材制造中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。綜合考慮不同粉末特性、打印路徑、打印速度、加熱溫度、零件方向和支撐的特點(diǎn)等一系列參數(shù)，通過(guò)數(shù)字化仿真手段來(lái)預(yù)測(cè)殘余應(yīng)力引起的變形，以及由于溫度梯度變化和材料冷卻來(lái)預(yù)測(cè)熱畸變等問(wèn)題，最終，尋找最佳的參數(shù)組合，以保證打印質(zhì)量及最佳的質(zhì)量/速度的平衡比率。

另外，達(dá)索系統(tǒng)公司從2015年開(kāi)始與美國(guó)國(guó)家航空研究所（NIAR）及一些航空航天企業(yè)合作在堪薩斯州威奇托建立創(chuàng)新中心，利用數(shù)字化手段，結(jié)合增材制造技術(shù)、VR/AR技術(shù)、多機(jī)器人技術(shù)探索未來(lái)智能制造之路。

功能驅(qū)動(dòng)的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)流程

零件優(yōu)化效果

5　結(jié)束語(yǔ)

增材制造的影響不僅僅在技術(shù)層面，其在研發(fā)模式、合作模式、供應(yīng)鏈及生產(chǎn)組織等各個(gè)層面都將帶來(lái)巨大的影響。越來(lái)越多的業(yè)內(nèi)人士相信，未來(lái)10～20年，隨著材料科學(xué)、設(shè)計(jì)創(chuàng)新、工藝、裝備等領(lǐng)域的突破，增材制造將會(huì)很快在航空航天領(lǐng)域得到深入廣泛的應(yīng)用，其很可能會(huì)改變航空航天領(lǐng)域的游戲規(guī)則，改變市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局。國(guó)內(nèi)航空航天單位要利用增材制造新技術(shù)帶來(lái)的機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，長(zhǎng)遠(yuǎn)布局，取得有利的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)地位。

Application of Additive Manufacturing Technology in Aerospace Field