疫情之下增材制造的需求與價值

Lindsay Bjerregaard

在新冠疫情危機中，航空業(yè)原始制造商（OEM）面臨減產(chǎn)、裁員和資金流等方面的挑戰(zhàn)，航空供應(yīng)鏈遭受了嚴重的打擊，航空業(yè)被迫通過增材制造（AM）等創(chuàng)新解決方案來滿足飛機零部件和工裝的供應(yīng)需求。

總部位于芝加哥的增材制造企業(yè)Fast Radius認為，增材技術(shù)具有在市場不穩(wěn)定時期迅速提升產(chǎn)能的優(yōu)勢，可以很好地保證供應(yīng)鏈的暢通。這一點在今年口罩和通風機零件等醫(yī)療設(shè)備的生產(chǎn)中已經(jīng)有所體現(xiàn)，而且在航空業(yè)和其他大型工業(yè)領(lǐng)域也在涌現(xiàn)類似的解決方案，都很好地解決了生產(chǎn)供應(yīng)短缺之時的燃眉之急，保證了相關(guān)工廠的正常運營。

增材制造在當前的確是一種非常有效的替代方案。首先，它不需要將整個生產(chǎn)線都轉(zhuǎn)換成全新的工藝，而且也不需要裝配生產(chǎn)線。其次，增材制造能夠更快地生產(chǎn)出數(shù)字化替代品，而不是開發(fā)注塑模具或為沖壓等傳統(tǒng)制造工藝建立一條生產(chǎn)線，這就極大地節(jié)約了生產(chǎn)時間。

在今年新冠疫情期間，當美國政府呼吁擁有3D打印專業(yè)技術(shù)的航空企業(yè)幫助聯(lián)邦應(yīng)急管理局生產(chǎn)醫(yī)療設(shè)備時，這些企業(yè)往往能夠在短短幾天內(nèi)交付產(chǎn)品。這主要是因為這些公司已經(jīng)在工業(yè)3D打印和設(shè)備方面積累了一定的專業(yè)知識，所以才能有很好的表現(xiàn)。因此如果該技術(shù)更廣泛地應(yīng)用于航空領(lǐng)域，那將對當前環(huán)境下的MRO業(yè)非常有幫助。

柯林斯宇航公司認為，“雖然增材技術(shù)已經(jīng)被證明能夠快速適應(yīng)當前的環(huán)境，但并不意味著它在任何地方都能快速發(fā)展。因為目前的航空領(lǐng)域存在很大的不確定且發(fā)展放緩，所以企業(yè)是要投資這些資源來提高制造能力，還是將這部分資金儲備起來用于日常運營，還需做出清晰的決定。當然，如果我們真的看到了新產(chǎn)品能獲得較高的采用率，那么它很可能首先出現(xiàn)在工裝設(shè)備領(lǐng)域，然后再擴大到部件領(lǐng)域?！?/p>

柯林斯宇航公司認為工裝設(shè)備仍然是增材制造領(lǐng)域的增長點，柯林斯正在創(chuàng)建多個增材開發(fā)卓越中心，并開始使用定向能沉積技術(shù)修復受損零件，制造大型部件和工裝設(shè)備。Fast Radius公司認為航空領(lǐng)域的增材制造材料非常有前途，如其即將上市的新型聚合物材料，具有防火、防煙和毒性等級。Stratasys公司最近推出的Antero材料，能比3D打印中常見的塑料更好地抵抗油液、燃料和碳氫化合物的侵蝕。

在最近與美國空軍合作的一些項目中，Stratasys公司為了減少后處理工藝，采用了彩色材料和印刷紋理等創(chuàng)新思路，使部件可以直接從3D打印機上應(yīng)用到飛機上。Fast Radius公司認為，彩色增材制造技術(shù)還可以將徽標、序列號和二維碼等元素直接打印到工具和部件上，真正實現(xiàn)在產(chǎn)品全壽命周期中的可追溯性，二維碼可以打印在特定的單個產(chǎn)品上，一直追溯出該部件是哪臺機器制造的部件。而且像這樣的創(chuàng)新可以讓客戶通過掃描二維碼快速訂購替換零件，甚至對區(qū)塊鏈記錄保存系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

Fast Radius公司認為，航空業(yè)可以向汽車或消費品行業(yè)學習3D打印的創(chuàng)新精髓。Fast Radius已經(jīng)為汽車領(lǐng)域制造了3D打印的接線盒部件，目前正在為一家大型航空制造商制造飛機電氣部件。該公司可根據(jù)客戶要求定制3D打印接線盒，比如在電動飛行飛機上的小批量應(yīng)用。Fast Radius可以非?？焖俚卦O(shè)計出專用的連接器，而無需任何資本投資或制造專門的工具，因此可以在產(chǎn)品的開發(fā)周期內(nèi)迅速提高接線盒的產(chǎn)量?？蛻粼诔跏茧A段會使用增材制造產(chǎn)品進行測試，之后也會用增材制造技術(shù)制造工具，或者用來改進產(chǎn)品性能，如果可能的話會在全壽命周期中使用增材技術(shù)進行生產(chǎn)。

Fast Radius認為，消費品行業(yè)可延伸到航空業(yè)的一項創(chuàng)新是晶格技術(shù)（lattice technology）。這種技術(shù)能夠抑制工程結(jié)構(gòu)振動或沖擊。Fast Radius公司正在研究如何設(shè)計這樣的結(jié)構(gòu)，以便應(yīng)用到航空領(lǐng)域。而且降低振動也是下一代電動垂直起降飛機工程設(shè)計的關(guān)鍵領(lǐng)域。此外，醫(yī)療運輸飛機同樣也需要減少振動，以便在空中創(chuàng)造出類似醫(yī)院的醫(yī)療環(huán)境，所以說晶格技術(shù)非常有用，在當前的疫情環(huán)境下尤為明顯。

（陸軍軍事交通學院 李輝編譯）