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美聯(lián)航管理局(FAA)出臺(tái)增材制造路線圖

魔猴君  行業(yè)資訊   2563天前

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FAA-美國(guó)聯(lián)邦航空管理局看來(lái),增材制造技術(shù)正在快速發(fā)生進(jìn)化,并且在航空零件的再設(shè)計(jì)、維修和售后備品備件領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越積極的作用。



對(duì)金屬3D打印技術(shù)來(lái)說(shuō),很多OEM航空廠商都公開(kāi)發(fā)布了他們的新型航空零件;對(duì)于熱塑性塑料3D打印零件來(lái)說(shuō)已經(jīng)被多家航空制造商采用;行業(yè)的普遍看法是增材制造技術(shù)將在未來(lái)的5到10年被航空制造業(yè)廣泛采用。


美國(guó)聯(lián)邦航空管理局(FAA)于9月底提交審查文件,制定了“增材制造戰(zhàn)略路線圖”草案,路線圖包含重要的監(jiān)管信息,涵蓋認(rèn)證、機(jī)器和維護(hù)、研究和開(kāi)發(fā)的問(wèn)題和考慮,以及對(duì)增材制造方面教育和培訓(xùn)的雙重努力需求。


近年來(lái),F(xiàn)AA已經(jīng)看到并認(rèn)證了許多用于飛行中的金屬3D打印零部件。 最經(jīng)典的案例就是政府認(rèn)證通過(guò)了GE著名的LEAP引擎,內(nèi)置3D打印噴嘴。此外,還有更多的項(xiàng)目在申請(qǐng)中。包括2017年3月,阿克倫大學(xué)和機(jī)載維護(hù)和工程服務(wù)公司(AMES)正在尋求FAA批準(zhǔn)其基于增材制造的維護(hù)和修理系統(tǒng)。


在制定路線圖之前,F(xiàn)AA對(duì)增材制造當(dāng)前所面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了詳細(xì)的研究,包括對(duì)可接受的關(guān)鍵制造參數(shù)的理解限制,對(duì)關(guān)鍵機(jī)械和材料缺陷的理解限制,工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的缺乏,無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā),缺乏工業(yè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)等。



目前草擬的路線圖是在華盛頓特區(qū)的美國(guó)聯(lián)邦航空局總部完成的,路線圖綜合了多方面的貢獻(xiàn),包括美國(guó)航空航天局(NASA),航空航天工業(yè)協(xié)會(huì)的增材制造工作組和美國(guó)軍隊(duì),并且項(xiàng)目還得到了2018年政府預(yù)算的支持。



撰寫(xiě)這樣一個(gè)綜合路線圖的主要挑戰(zhàn)之一是開(kāi)出一個(gè)可以涵蓋所有新流程的系統(tǒng)。包括技術(shù)分類都是一個(gè)挑戰(zhàn),工作組嘗試通過(guò)不同的角度來(lái)進(jìn)行分類,例如以原材料形狀來(lái)分類:粉末、線材、液體等,也可以通過(guò)加工中使用的能量來(lái)分類,激光、電子束、等離子弧等。


ISO和ASTM開(kāi)發(fā)的增材制造開(kāi)發(fā)框架


目前3D打印技術(shù)應(yīng)用最廣泛的一個(gè)分類是由ISO和ASTM開(kāi)發(fā)的增材制造開(kāi)發(fā)框架,特別是由ASTM F42增材制造項(xiàng)目描述的7類工藝。


 


2010年空客將GE生產(chǎn)的LEAP-1A發(fā)動(dòng)機(jī)作為A320neo飛機(jī)的選配,LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)中帶有3D打印的燃油噴嘴。2015年5月19日,A320neo飛機(jī)首飛成功。裝有LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)的A320neo獲得歐洲航空安全局(EASA)的認(rèn)證和美國(guó)聯(lián)航空管理局(FAA)的認(rèn)證。


2017年10月初,GE航空宣布成功完成了T901-GE-900渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)原型的測(cè)試。這款發(fā)動(dòng)機(jī)屬于美國(guó)陸軍改進(jìn)型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目(Improved Turbine Engine Program,ITEP)的一部分。測(cè)試結(jié)果表明,GE T901發(fā)動(dòng)機(jī)的性能達(dá)到甚至超過(guò)ITEP項(xiàng)目的要求,已為發(fā)動(dòng)機(jī)的制造做好準(zhǔn)備。除了GE,還有很多公司活躍在FAA認(rèn)證的道路上。


傳統(tǒng)的飛機(jī)空氣管道是由玻璃纖維制成,用3D打印技術(shù)來(lái)完成面臨著一些挑戰(zhàn)。一是材料要滿足FAA要求;二是通風(fēng)管道要適應(yīng)新的飛機(jī)改裝的曲面的。ULTEM材料是一款設(shè)計(jì)用于惡劣環(huán)境的熱塑性材料,因其FST評(píng)級(jí)、高強(qiáng)度重量比以及現(xiàn)有認(rèn)證,成為了航空航天、汽車與軍隊(duì)?wèi)?yīng)用產(chǎn)品的理想之選。ULTEM 9085材料具有自己燃燒一定的時(shí)間后就熄滅的特點(diǎn),工程師能用它3D打印高級(jí)功能原型以及最終用途零件。


不僅僅是粉末床熔化3D打印技術(shù),也不僅僅是塑料3D打印技術(shù),航空行業(yè)大量用到鍛造零件,而3D打印在替代鍛造零件方面具備明顯的優(yōu)勢(shì)。


2003年,波音就通過(guò)美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室來(lái)驗(yàn)證一個(gè)3D打印的金屬零件,這個(gè)零件是用于F-15戰(zhàn)斗機(jī)上的備品備件。當(dāng)需要更換部件時(shí),3D打印的作用顯現(xiàn)出來(lái),因?yàn)橥ㄟ^(guò)傳統(tǒng)加工的時(shí)間太長(zhǎng)了,并且通過(guò)3D打印加工鈦合金,替代了原先的鋁鍛件,而鈦合金的抗腐蝕疲勞更高,反而更加滿足這個(gè)零部件所需要達(dá)到的性能。(腐蝕疲勞是在腐蝕介質(zhì)與循環(huán)應(yīng)力的聯(lián)合作用下產(chǎn)生的。這種由于腐蝕介質(zhì)而引起的抗腐蝕疲勞性能的降低,稱為腐蝕疲勞。)當(dāng)時(shí)這個(gè)零件是通過(guò)激光能量沉積的工藝加工金屬粉末來(lái)獲得的,這種定向能量沉積(DED)的工藝被首次應(yīng)用到軍事飛機(jī)上。同時(shí)也打開(kāi)了波音公司的3D打印應(yīng)用之路。近14年后,波音公司現(xiàn)在已有超過(guò)50,000件3D打印的各種類型的飛機(jī)零件。


波音公司開(kāi)始通過(guò)DED技術(shù)為其787夢(mèng)幻客機(jī)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)部件。通過(guò)Norsk Titanium的快速等離子沉積技術(shù),在結(jié)構(gòu)件研發(fā)的過(guò)程中,雙方共同改進(jìn)工藝,并進(jìn)行了一系列嚴(yán)格的測(cè)試,最終在2017年2月獲得了首個(gè)3D打印鈦合金結(jié)構(gòu)件的FAA認(rèn)證。


波音和Norsk Titanium最初的合作是自2016年開(kāi)始的,當(dāng)初是試探性地合作,主要基于Norsk生產(chǎn)的零件是否能滿足波音的要求,然后是否符合聯(lián)邦航空管理局(FAA)的要求,Norsk Titanium先后滿足了這些嚴(yán)苛的條件,Norsk Titanium的制造技術(shù)通過(guò)了FAA認(rèn)證,是波音公司的一級(jí)供應(yīng)商。


除了Norsk Titanium這樣喜獲FAA認(rèn)證的公司,還有很多技術(shù)正在申請(qǐng)F(tuán)AA的認(rèn)證,其中由阿克倫大學(xué)研究通過(guò)增材制造技術(shù)來(lái)修復(fù)金屬部件。在與飛機(jī)維修公司合作之后,該大學(xué)的NCERCAMP開(kāi)發(fā)了一種超音速粒子沉積(SPD)技術(shù),通過(guò)一種高壓噴射方法,壓縮空氣賦予超音速射流中的金屬顆粒足夠的能量沖擊固體表面,以實(shí)現(xiàn)與固體表面的粘結(jié),而不會(huì)出現(xiàn)在焊接或高溫?zé)釃娡窟^(guò)程中產(chǎn)生的熱影響區(qū)。如果獲得FAA認(rèn)證,阿克倫大學(xué)的SPD技術(shù)可以應(yīng)用于修理金屬飛機(jī)部件 。



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來(lái)源:中國(guó)3D打印網(wǎng)

   
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