在飛機發(fā)動機研發(fā)過程中，3D 打印的測量支架被用于溫度和壓力測量，以便確定飛機發(fā)動機的功率大小。

安全是航空航天業(yè)的重中之重。為了降低昂貴材料的成本、減輕飛機零件的重量，航空航天制造業(yè)正在尋找新的生產(chǎn)制造方式，但屬于高科技行業(yè)的航空航天工業(yè)領(lǐng)域也對增材制造技術(shù)持懷疑態(tài)度。因此，只有那些有說服力的新技術(shù)案例才有助于改變這種懷疑態(tài)度。

位于西班牙的Ramem公司是一家專門設(shè)計、生產(chǎn)和制造機械、電子產(chǎn)品的公司。這家總部位于馬德里的公司，所生產(chǎn)的飛機零部件形狀非常復雜，并且有著非常高的航空航天技術(shù)要求。“我們的航空航天領(lǐng)域中生產(chǎn)許多小批量的產(chǎn)品，因此很長時間以來就一直致力于增材制造技術(shù)的研究。在減輕重量、減少配套組件和節(jié)約成本方面，增材制造技術(shù)有著比傳統(tǒng)生產(chǎn)制造技術(shù)更多的可能性?！惫狙邪l(fā)經(jīng)理SilviaLópez-Vidal女士解釋說道。

準備起飛

除了了解增材制造技術(shù)的潛力之外，Ramem公司還將增材制造技術(shù)列為推動企業(yè)發(fā)展的重大戰(zhàn)略。“遲早有一天增材制造技術(shù)會‘飛到’航空航天領(lǐng)域中來。因此，我們現(xiàn)在的工作就是盡早為這樣的‘起飛’做好技術(shù)儲備?！盠ópez-Vidal女士說道。.

因此，Ramem公司的工程師們聚精會神地仔細分析所生產(chǎn)的零件，以便確定它們是否能夠在增材制造技術(shù)的幫助下帶來更多的經(jīng)濟效益。其中一個被稱為測量支架的零件是最有希望采用增材制造技術(shù)的。這也是航空發(fā)動機研發(fā)過程中確定航空發(fā)動機性能、對壓力和溫度進行高精度測量時使用的支架。

這一測量支架有著很高的技術(shù)要求：它在發(fā)動機的尾噴管內(nèi)工作，工作時承受著極端的高溫、應(yīng)力和高壓。高尺寸精度和光滑的空氣動力學表面質(zhì)量要求對測量結(jié)果的準確性都有著重要的影響。

高要求的精致零件

測量支架由四個零件組成。這些零件都需要經(jīng)過精心的銑削加工、手工組裝并最后一個個焊接在一起。測量支架的關(guān)鍵是多個空心短管。這些空心短管都是沿著細長的測量支架，從支架后方插入到支架體內(nèi)，并最終焊接在采樣點的位置處。

這一根根短管的壁厚不到0.3mm。而測量支架體又是一個封閉的整體。“將短管插入到支架體內(nèi)需要集中很高的注意力——認真仔細，小心翼翼，這樣才能滿足裝配精度的要求。如果其中的任何一根短管的位置不正確則整個測量支架都成了廢品。而且短管的尺寸公差僅有±0.05mm，其端部還有一個安裝溫度傳感器的小孔?！盠ópez-Vidal女士說。

在飛機發(fā)動機研發(fā)過程中，3D 打印的測量支架被用于溫度和壓力測量，以便確定飛機發(fā)動機的功率大小。

Ramem公司的工程師們很清楚：需要繡花般細心制作的測量支架最適合采用增材制造技術(shù)了。最重要的是：要對測量支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行改進，使之適合于采用增材制造技術(shù)。承擔改進設(shè)計的是增材制造專業(yè)企業(yè)Prodintec公司。一旦增材制造技術(shù)的應(yīng)用取得了成功，則測量支架的零件數(shù)量就會從四個減少到一個。但，盡管付出了種種努力，第一次嘗試的結(jié)果是非常令人失望的：“在增材制造過程中細長的支架體出現(xiàn)了變形，在支架體細小的通道內(nèi)殘留了一些3D打印的金屬粉末和其他固體雜質(zhì)。另外，3D打印的結(jié)果既沒有滿足尺寸精度的要求也沒有滿足光滑的表面質(zhì)量要求?！盠ópez-Vidal女士解釋說道。

帶來突破的第一個原型樣件

López-Vidal女士和她領(lǐng)導的團隊并沒有因這次挫折而止步。在2017年度的法蘭克福國際精密成型及3D打印制造展覽會Formnext上，她和通快公司增材制造項目經(jīng)理JuliaMoll女士及其團隊進行了交談，向他們介紹了測量支架3D打印中遇到的問題?！巴旃驹霾闹圃旒夹g(shù)的開發(fā)人員向我們保證：用它們的激光器和金屬粉末能夠解決我們的問題。”López-Vidal女士說道。他們用Prodintec公司設(shè)計改進設(shè)計的測量支架CAD圖形開始嘗試著解決問題。

通快公司利用 Truprint 1000 型 3D 打印機打印的測量支架。

“測量支架打印中遇到的最大挑戰(zhàn)是支架的放置位置和方向。我們必須設(shè)計好測量支架打印過程中的放置位置和方向，以便在沒有支撐結(jié)構(gòu)的情況下完成整個支架的全部打印過程。我們不能將支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計在要求很高的支架頂部，或者設(shè)計在支架體內(nèi)部。另外我們還必須確保不出現(xiàn)熱變形。這也不是一件容易的事情：因為測量支架的壁厚太薄了?！盝uliaMoll女士說。

通快公司在Truprint1000型3D打印機中打印了1,000件測量支架，而這第一批3D打印的測量支架質(zhì)量就令人信服：“借助于3D掃描技術(shù)我們可以證明增材制造打印的零件滿足了幾何精度的要求，借助于顯微照片我們確定了3D打印零件的表面密度達到了99.95%?！盝uliaMoll女士解釋說。但增材制造技術(shù)專家們想了解的更多一些。他們找來了X光和計算機斷層掃描系統(tǒng)Yxlon，與生產(chǎn)廠家一起對原型樣件進行了CT掃描。CT掃描檢查的是支架通道是否完全暢通和微孔的大小。另外，專家們還利用自動檢測技術(shù)檢查了測量支架內(nèi)部的40多個尺寸。結(jié)果都很好：通道是連續(xù)、暢通的，微孔尺寸都小于100μm，所有尺寸都滿足了尺寸公差的要求。

節(jié)約了將近80%的生產(chǎn)成本

增材制造專家們完美地完成了開發(fā)任務(wù)，“通過改進設(shè)計，縮短了生產(chǎn)加工時間，所使用的金屬材料也減少了80%左右。經(jīng)過核算，3D打印可以為我們節(jié)約74%的總成本。這在行業(yè)領(lǐng)域中絕對是最佳成績了?！盝uliaMoll女士非常滿意。

現(xiàn)在，實際的生產(chǎn)開始了，“重要的是繼續(xù)關(guān)注增材制造技術(shù)，并不斷地告訴決策者們采用增材制造技術(shù)的可能性。我們用測量支架的例子再次證明了增材制造技術(shù)的應(yīng)用潛力。但航空工業(yè)領(lǐng)域是一個非常敏感的市場領(lǐng)域，我們說服飛機制造商在結(jié)構(gòu)件和其他重要的飛機零部件中采用增材制造技術(shù)尚需時日。但是，我們和其他一些大型供應(yīng)商企業(yè)正在不斷地豐富我們的增材制造專業(yè)知識這一事實就已經(jīng)證明：我們相信這項技術(shù)一定能夠獲得成功。”對于未來，López-Vidal女士仍滿懷期待。