之前,空客與歐特克的The Living設計工作室合作,為空客A320飛機開發了一個大尺寸的“仿生”機艙隔離結構。該結構名稱為Scalmalloy,是通過新型超強、輕質合金材料使用直接金屬激光燒結成型技術3D打印而成的。
Scalmalloy結構在2016年進行測試,計劃安裝在每一架新的空客A320上,用于分隔客艙后部的食品準備區域。如今,2017年來到了,空客的這一計劃進行得如何?
空客在2016年就致力于實現3D打印進入產業化生產領域,并且不僅僅是塑料3D打印,更是金屬3D打印。
為此,空客的3D打印設備囊括了EOS 、Concept Laser、SLM Solutions等選擇性激光融化設備。并且其位于英國的工廠還通過Arcam的EBM選擇性電子束融化工藝制造零件。除此之外,空客還通過Sciaky的電弧焊3D打印設備以每小時高達1公斤的沉積速率來制造大型零件。
Scalmalloy結構的亮點在于仿生學,不僅更輕,而且更強。比原來的結構輕55磅,由于重量減輕效率,考慮到每家飛機的服役情況,這將累計帶來高達96000噸的二氧化碳排放量的減少。而如果未來將該結構擴展到整個機艙,其節約將更為驚人,相當于每年減少465,000噸的二氧化碳排放量,好比陸地上減少了96,000輛汽車對大氣的污染。所以說,Scalmalloy結構的價值不僅僅在于自身對材料的節約,更在于對能源的節約和環保的影響。
Generative Design-創成式設計是項目成功的關鍵,歐特克有著非常明確的目標和約束。該機艙結構只能通過四個點連接到機身上。而且為了滿足應急措施,還需要把一個分區中的一部分可以隨之被拆掉,使得一個擔架可以進入柜中。
Scalmalloy生物的結構靈感來源于細胞結構,歐特克通過自定義的算法,使得該結構特別適合于高強度,低重量要求的航空零件。結構模塊像網絡一樣連接起來,可最大限度地減少材料的使用。更甚的是,這樣的結構已經被設計成高韌性的方式,一個或多個節點斷裂的時候,并不影響整個網絡的穩固性。該隔離結構共需要122個3D打印部件,分七個不同的批次打印完成。
輕量化是Scalmalloy設計的一大亮點,而與我們通常所見到的通過胞元結構實現輕量化不同的是,每個單獨的結構都是相當密實的,而通過這些密實的結構件的“拼接”實現了重量輕、強度高的組合結構。這在航空航天領域確實是有一個令人腦洞大開的發現。
另外一個亮點是“化整為零”,將體積較大的結構件分拆成像樂高一樣的組件,從而這些小的組件可以通過金屬打印的方式完成。盡管如此,通過相對較小的粉床床增材制造技術建造這些產品仍然是耗費時間的。
空客最近展示了這一挑戰的解決方法通過EOS M400和Concept Laser的設備制造這些組件。根據增材制造的要求,通過軟件對建模結果進行優化,使得每次的制造都能充分利用粉末床的構建空間。
空客發現現實的困難是3D打印件之間的連接,熱等靜壓后,空客需要重新測量每片組件,并找到連接的面,然后通過數控銑床的加工來實現組件之間的緊密接合。目前空客依靠手工作業來完成工序之間的銜接,空客計劃將粉末床制造用于Scalmalloy組塊的生產在兩年內推廣開來,然而這其中有不少的挑戰,如何通過完整的自動化系統將這些工序銜接起來就是挑戰之一。
圖片:空客組件的機加工需要
當然更大的選擇性激光融化3D打印設備也會對空客有幫助。如果可以加工較大的組塊,較大的尺寸將減少連接的數量,也就減少了必須通過銑床加工的工作量。并且還可以允許更多的組塊在一個加工過程中完成。
如果未來通過更少的加工過程可以完成所有組塊,那無疑將是對加工效率的極大提升,金屬3D打印用于實際的生產將變得更具可行性。