ATI Horizon增材制造利用3D打印更好地生产航空部件

从模型飞机到无人机，喷气机和火箭，你可能会惊奇地发现今天有多少飞机正在飞行着3D打印的零件。而这种趋势只会继续增加，英国ATI Horizon增材制造公司等财团正在努力开发航空航天领域的先进制造方法。

Horizon AM目前专注于生产飞机用金属轻质部件的新型增材制造技术。他们将创造更实惠的生产方法，减少浪费，允许按需生产近净形状。

已经建立了以这种方式制造飞行部件的可行方法，目的是利用这些制造方法的高几何复杂性和多材料能力，以实现用于下一代飞机的先进飞机部件，从而使英国在航空航天设计和制造的前沿，航天技术研究所最近就“ATI Horizon”和一个新应用进行了研究。

该财团由一群由兴趣为航空航天部件创造新型AM技术的合作伙伴于2014年成立。由GKN Aerospace领导，该财团还与以下机构建立了合作伙伴关系：

雷尼绍

欧特克

谢菲尔德大学

华威大学

该财团的项目包括11项，其中包括：

AM材料

设计要求

AM设计

优化

聚合物AM

AM流程的理解

AM的后期处理

AM的　NDT

ATI Horizon(AM)计划的重点是通过GKN的技术准备评估(TRA)流程推进三项关键的AM技术，以便将其发展为可行的生产流程。迄今为止，聚合物AM和TRL 4用于LPB的TRL 3已经实现。它还与其他ATI项目和GKN站点合作，为在WIST和ALFET开发的下一代防冰系统的飞行试验生产飞行测试硬件。TRL 4的重点将从过程转向产品开发，重点是聚合物TRL 4。该案例研究指出，LBP的TRL 5和EBM技术的持续工业化，实现了TRL 4的高速发动机部件。

这个财团增加了20名工程师(以前只有8名)，现在他们有10台3D打印机。他们在材料分析实验室使用多种材料，专注于生产而不需要后处理，而且与AM客户“加强合作”。

由于通过ATI Horizon获得的技术发展，GKN的优势在于与现有客户合作生产需要快速交付的试飞硬件。通过这种合作，GKN可以将客户业务的其他领域授予AM，从而进一步开展工作。

首先围绕NextGeneration Ice Detection系统进行研究，因为该财团也与其他主要实体合作，包括其他GKN部门。他们使用激光粉末床组件举行新型飞机光学冰探测器(OID)和下一代防冰加热垫。

研究小组在他们的案例研究中表示：“这个组件被连接在一个仪表塔上，并使用设施所拥有的BAe 146-301大型大气研究飞机(ARA)进行飞行测试，以进行空中大气测量(FAAM)。”

项目“matured”如下：

激光粉床AM方向的TRL 5

光学冰探测器方向的TRL6

防冰加热垫(ALFET)方向的TRL 6

“AM部件需要与飞机的仪器罐，OID传感器和外部视频摄像头连接，以验证冰是否已经累积。”研究人员补充说：“尽量减少零件外表面的表面粗糙度，并保持AM零件和其他金属零件之间所需的紧公差，这一点很重要。”

第二个案例研究在整个生命周期中研究增材制造设计(DfAM)。研究人员探索了电梯铰链支架上的仿真驱动设计方法。通过仿真驱动设计，他们发现可以制造出重量减轻50%的复杂零件。不仅如此，这些零件现在可以用3D打印来生产。这意味着机翼设计提供了更高的性能，效率，甚至节省了底线。因此，飞机发动机也将更有效地运行。

“这个项目的目标是使用五(5)个不同的软件包，为一个电梯铰链支架的五(5)个不同的优化设计规划一个AM过程。该设计将在钻机上进行建造和机械测试，并获得所有合格的预期。”该小组解释说。

他们引用电梯铰链支架的好处如下：

飞行比从3.5降低到大约2 - 1.5

重量减轻高达53%

部件数量可能减少

设计时间可能缩短10倍

该研究提供的证据表明，在传统制造工艺范围内设计的零件可以被优化的零件替代，从而节约成本和重量。作为AM的一个组成部分的结构部件组件的更广泛的应用已被确定为进一步的潜在发展领域。

该项目的相对有限的范围已经发展到TRL4在飞机结构应用的技术。这项工作已通过其中一个部件的静态强度测试进行验证。这项技术将成熟到TRL6并进行飞行演示，研究人员总结道。