用于新型空客 A350 XWB 的 Sogeti 高科技增材制造技术

挑战

在时间紧迫的情况下，利用增材制造为 A350 飞机开发和生产垂直稳定器上安装摄像机的电缆布线支架。

该项目具体涉及为最新的空中客车机型生产电缆布线支架。该支架最终需要为位于垂直稳定器上的摄像头提供电源和数据传输，为乘客提供外部视角，为飞行员提供地面方位。

产品需求文件要求提供适合批量生产的功能性组件。这项任务委托给了 Cap Gemini S.A. 的全资子公司 Sogeti High Tech，该公司在巴黎证券交易所上市。

这个案例的特殊挑战在于交付时间短，只有两周。整个开发工作必须在规定时间内完成：从对部件和当前安装设置的分析，到旨在优化拓扑结构及其解释的参数研究，再到成品部件的设计和生产。支架还需要尽可能少的支撑结构，以避免后期加工。

此外，该组件的规格要求集成卡扣式电缆支架、减轻重量，并符合航空业后续认证的严格要求。

传统生产的部件由成型的金属板部件和许多铆钉组成，总共有 30 多个独立部件。上部的插头连接器由塑料制成，因此与支架的其他单个部件使用的材料不同。我们的目标是开发一种由单个部件组成的集成解决方案，其中也包括插头连接器，从而大大减少施工和安装时间。基于拓扑优化的参数研究确定了增材制造的减重目标。

解决方案

缩减为单个组件并在 EOS M 400 上制造，将生产时间缩短至 19 小时

对于新部件，Sogeti High Tech 采用了久经考验的开发流程来设计增材制造部件。项目一开始就对现有的传统生产部件进行了分析，以确定即将采用的制造工艺并，结果非常理想。该部件的功能、材料和先前的复杂结构使其成为 EOS 基于粉末床的 3D 打印技术的理想候选者。该技术提供的设计自由度允许在单件中生产复杂的结构，这意味着可以在不忽略功能集成的情况下选择减轻重量的设计。

通过分析，可以确定所谓的设计空间，即电缆布线支架可能占用的空间。铝合金 AlSi10Mg 是薄壁复杂结构的理想材料。与外部区域的接口保持不变，形成非设计空间，这意味着无需对其进行任何改动。在参数研究中，确定的载荷被作为拓扑优化的边界条件，为新设计提供了基础。

按照惯例，CAE 软件用于拓扑优化计算；与此相反，用于自由曲面结构设计的专用解决方案则用于重新设计。Sogeti High Tech 自己进行了设计。为了满足两周的交货期要求，EOS 使用 EOSPRINT 软件根据拓扑优化结果计算了制造时间和优化参数。这样就为制造部件创建了 CAE 实施，同时还考虑到了制造工艺的可能性和局限性，以及避免支撑结构的需要。

成果

得益于 Sogeti 和 EOS 之间的合作，我们得以开发出一种针对增材制造进行了优化的组件，该组件充分利用了 DMLS 技术所提供的设计自由度，同时也考虑到了该技术的限制。这样就可以在设计中集成用于电缆布线的插头连接器，并在特定的关键区域进行局部加固，以优化结构。组件内的自支撑孔和支撑杆有助于将工作量和后处理成本降至最低。

此外，无论何时需要，卡纸都能以极快的速度生产出来。在EOS M 400上以 90μm 的层厚进行制造，只需 19 个小时，而以前需要 70 天。

这相当于缩短了 90% 以上的生产时间。这主要是因为许多单独的步骤和以前的 30 个部件被集中到了一个中心部件中，现在只需一次运行即可完成生产。此外，单个部件不再需要制造和库存，而库存成本可能很高。现在，整个组件装配的存储也更加简单。

Sogeti 不仅节省了大量的生产时间，还节省了大量的开发时间。从最初的草图到成品组件，整个过程只用了两周时间。这是一个惊人的交付周期。同时，这种设计还意味着更高的重量效率。

传统制造的原部件重 452 克，而增材制造电缆支架仅重 317 克--众所周知，航空业为了将油耗降到最低，对每一克都锱铢必较。客户空中客车公司对结果非常满意。