航空和航天業(yè)是最早將增材制造（AM）用于研發(fā)計(jì)劃和規(guī)模生產(chǎn)的行業(yè)之一，尤其航天業(yè)正在加速3D打印的采用。

△3D打印設(shè)計(jì)自由，圖片由波音公司提供

從企業(yè)巨頭（波音、洛克希德-馬丁和SpaceX）到早期企業(yè)，世界各地的公司都在利用3D打印硬件、材料和軟件，同時(shí)推動(dòng)對(duì)3D打印技術(shù)的投資。在2021年，我們看到整個(gè)行業(yè)都在擁抱3D打印技術(shù)，在新冠疫情大流行的情況下，2022年將會(huì)獲得回報(bào)。

近日，國外媒體3DPrint采訪了五位行業(yè)專家，以了解更多關(guān)于2021年的趨勢(shì)以及2022年航空航天領(lǐng)域3D打印的情況。他們分別是波音3D打印副總裁Melissa Orme、Nexa3D公司的首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Avi Reichental、VELO3D的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Benny Buller、Relativity Space的聯(lián)合創(chuàng)始人Jordan Noone和EOS北美金屬技術(shù)高級(jí)經(jīng)理Ankit Saharan。

波音3D打印副總裁Melissa Orme表示："2021年，3D打印行業(yè)認(rèn)識(shí)到，預(yù)測(cè)性建模是質(zhì)量的關(guān)鍵，數(shù)字線程對(duì)規(guī)模和質(zhì)量控制至關(guān)重要，這種認(rèn)識(shí)導(dǎo)致了3D打印工藝建模、創(chuàng)建數(shù)字孿生以及數(shù)字線程數(shù)據(jù)存檔平臺(tái)等軟件公司的成熟和出現(xiàn)。"

2021年，波音公司3D打印部門保持活躍，建立了一個(gè)完全控制的分布式3D打印網(wǎng)絡(luò)，直接在EOS 3D打印機(jī)上遠(yuǎn)程安全地生產(chǎn)零件，并且3D打印航空級(jí)材料，為飛機(jī)制造部件。Orme指出，波音仍然專注于3D打印的數(shù)字化，已經(jīng)將大約40%的價(jià)值流連接到數(shù)字鏈，并通過模擬指導(dǎo)3D打印構(gòu)建。”

"我們的自動(dòng)數(shù)據(jù)流以通用的格式歸檔到我們的3D打印數(shù)據(jù)庫中，可以訪問和使用，不斷優(yōu)化我們的價(jià)值鏈。"

Nexa3D公司的首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Avi Reichental介紹說：“雖然金屬3D打印在航空航天領(lǐng)域占據(jù)了大部分的市場(chǎng)，但聚合物也有一個(gè)巨大的、不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)。許多將金屬3D打印納入其業(yè)務(wù)的航空航天制造商也投資于聚合物解決方案，因?yàn)?D打印變得更加成熟了。”

Reichental認(rèn)為："我們將繼續(xù)看到3D打印輕量化在航空航天領(lǐng)域發(fā)揮作用，包括與人有更多接觸的機(jī)艙和內(nèi)部部件。"

△配備NXE 400 3D系統(tǒng)的Nexa3D客戶體驗(yàn)中心，圖片由Nexa3D公司提供

Velo3D的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Benny Buller對(duì)明年3D打印在航空航天領(lǐng)域的發(fā)展有一個(gè)非常特別的看法。他認(rèn)為DfAM（為增材制造而設(shè)計(jì)）限制了設(shè)計(jì)自由。

他表示："在2022年，工程師將看到DfAM（為增材制造而設(shè)計(jì)）的桎梏被移除，允許打印他們想要和需要的零件，包括更輕的零件，性能更好的零件，以及將許多零件合并成一個(gè)零件。它還將允許航空航天公司復(fù)制無法通過傳統(tǒng)供應(yīng)鏈采購的遺留部件，而不必為增材制造進(jìn)行設(shè)計(jì)。一旦消除了這些限制，工程師將從頭開始制造新的航空航天系統(tǒng)，優(yōu)化性能。"

△XB-1將使用在Velo3D的藍(lán)寶石系統(tǒng)上制造的鈦合金3D打印部件飛行，圖片來源：Boom Supersonic和Velo3D

Omren預(yù)測(cè)：在2022年，可持續(xù)性將成為人們關(guān)注的重要焦點(diǎn)。例如，波音公司最近發(fā)起了一項(xiàng)3D打印可持續(xù)發(fā)展倡議，以定量研究不同制造工藝方案和零件類型的可持續(xù)發(fā)展效益。

它也在加倍努力回收粉末和過濾冷凝物，調(diào)查支撐結(jié)構(gòu)的回收情況，在設(shè)計(jì)零件時(shí)變得更聰明，以便不需要支撐結(jié)構(gòu)，并使用模擬來減少消耗能量和產(chǎn)生廢物的構(gòu)建迭代。

"與大多數(shù)傳統(tǒng)制造工藝相比，3D打印使用的材料要少得多，從而減少了碳足跡，"Omren說。"3D打印還允許對(duì)零件進(jìn)行優(yōu)化，使重量更輕，并能以更小的體積空間實(shí)現(xiàn)功能，這意味著可以利用3D打印來優(yōu)化車輛，更加流線型，減少阻力，并在使用中需要更少的燃料。"

3D打印可以解決復(fù)雜的工程問題，制造專門的零件，我們?cè)?021年看到了太空3D打印的激增。

Relativity Space的聯(lián)合創(chuàng)始人Jordan Noone估計(jì)，2021年進(jìn)入市場(chǎng)的每個(gè)新火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上都有3D打印的部件。

△Relativity Space的聯(lián)合創(chuàng)始人Jordan Noone，圖片由Relativity Space提供

EOS北美金屬技術(shù)高級(jí)經(jīng)理Ankit Saharan說：在過去的一年里，3D打印在太空行業(yè)有了更多的應(yīng)用，EOS從采購的角度有相當(dāng)多的活動(dòng)，所以Saharan預(yù)計(jì)在進(jìn)入新的一年后，空間適應(yīng)性的使用會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。

"我們看到多元化進(jìn)入了更新的應(yīng)用領(lǐng)域和垂直領(lǐng)域，如半導(dǎo)體、消費(fèi)電子和可再生能源，重新關(guān)注產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)。我們預(yù)計(jì)2021年的趨勢(shì)將持續(xù)到2022年，并有一些額外的增長(zhǎng)機(jī)會(huì)，特別是隨著新材料不斷上線。首先，銅和銅合金正在成為一種關(guān)鍵材料，在3D打印行業(yè)的重要性只會(huì)增加，因?yàn)樗鼘?duì)許多高度工程化的應(yīng)用至關(guān)重要?！?/p>

雖然銅的加工很棘手，但EOS稱它已經(jīng)完善了3D打印成功所需的流程。到2022年，公司預(yù)計(jì)對(duì)H13等工具鋼以及純鎳和鎢等純金屬的各種應(yīng)用的興趣將得到重振。

△EOS北美金屬技術(shù)高級(jí)經(jīng)理Ankit Saharan

Noone表示："3D打印行業(yè)將目睹零件設(shè)計(jì)的數(shù)字工具繼續(xù)不合格，我們使用的是20世紀(jì)70年代的計(jì)算機(jī)文件格式，我們使用的是打印技術(shù)發(fā)明之前開發(fā)的CAD工具，而將一個(gè)零件從設(shè)計(jì)到裝入打印機(jī)的工作流程是非常費(fèi)力的。"

目前的工具是不夠的，這位專家已經(jīng)與風(fēng)險(xiǎn)投資公司Embedded Ventures將創(chuàng)業(yè)組合的三分之一集中在數(shù)字工程工具上，為先進(jìn)的硬件設(shè)計(jì)提供解決方案，包括孵化的公司KittyCAD。

"隨著越來越多的航天公司獲得融資，迭代速度是關(guān)鍵。隨著該行業(yè)的進(jìn)一步飽和，通過像打印這樣的靈活工具對(duì)迭代速度進(jìn)行投資將變得更加重要。"

按照這種速度，在未來十年，航空航天業(yè)將繼續(xù)重新塑造自己，同時(shí)推動(dòng)增長(zhǎng)和提升價(jià)值，采用當(dāng)前的3D打印趨勢(shì)，并推動(dòng)進(jìn)一步投資。隨著3D打印的發(fā)展，它將為飛機(jī)制造商和地球外的幻想家的創(chuàng)新提供動(dòng)力。