Liebherr | 第一个金属 3D 打印主飞行控制液压组件

挑战

用增材制造部件替代传统的主飞行控制液压部件 - 满足所有飞行认证要求

在生态意识不断增强、燃料价格不断上涨和缺乏替代能源的背景下，航空航天业需要寻找新技术以保持竞争力。基于粉末床的工业3D 打印 有可能带来根本性的变革，并促进创新型组件的发展。利勃海尔早在六年前就启动了 增材制造 计划。现在，他们已经证明EOS 金属3D 打印 技术适用于飞机液压歧管。利勃海尔与空中客车公司以及开姆尼茨理工大学的一个研究小组共同发起了一个由联邦经济事务和能源部（BMWi）资助的项目。

其目的是用增材制造替代传统的主要飞行部件--高压液压阀块。 

在飞机上，许多部件协同工作，以确保飞行安全。扰流板致动器将扰流板移动到所需位置，以降低飞机的升力。这类主要飞行控制部件在生产过程中需要最高标准的质量和精度。传统的阀块生产工艺是从锻造原材料开始，然后进行机加工、修整、钻孔，最后组装。这一工艺链既耗时又复杂，几乎没有优化的余地。然而，工艺步骤之多说明了金属3D 打印 可能带来的改进空间。显然，仅靠替代是不够的；新部件必须更轻、更节省资源、更环保，这样才能证明 增材制造 作为未来有前途的技术的可行性。

解决方案

用更少的零件和更高效的工艺链制造轻质 3D 打印部件

解决方案是利用 EOS 可靠和高质量的工业3D 打印 技术，开发航空工业的设计和工艺链。首先，对传统部件进行分析。确定了液压结构并拆除了辅助部分。根据安装空间和接口要求，重新考虑了主要部件的定位，目的是优化智能化的短连接线路。这为新部件的设计奠定了基础。"有了工业3D 打印 ，复杂性顿时不再是问题。在EOS M 290 系统上，部件由大量薄层组成，每层厚度为 30 至 60 μm，这使我们能够制造复杂的几何形状，"利勃海尔航空航天林登贝格有限公司研究与技术部首席工程师增材制造 Alexander Altmann 解释说。"功能元件之间使用弯曲管道直接连接。这就避免了需要大量横向孔的复杂管道系统，节省了生产时间"。 

由于钛合金具有一系列优点，因此特别适用于航空领域。由于钛合金重量轻、机械性能稳定、耐腐蚀性能好，因此可以减轻重量，并在运行过程中提高成本效益。后处理步骤包括用于消除应力的热处理以及液压通道的特殊处理等。 

最后，"对部件及其材料的可靠性和安全性不能有丝毫怀疑。有了 EOS 技术，我们就能可靠地制造出最高质量的钛部件，这是下一步批量生产的先决条件"，Alexander Altmann 解释说。

成果

新型增材制造阀块的性能与传统阀块相同，但重量减轻了 35%，零件数量也更少。新型阀块可集成 10 个功能元件，消除了带有大量横向孔的复杂管道系统。

"Altmann说："这可能是增材制造的口号--制造同样的东西，但质量更轻、零件更少--不过，这对我们利勃海尔航空航天公司来说是重要的一步。新的 3D 打印部件现已在 A380 飞机的试飞中成功试用。 

与传统的铣削工艺相比，工业3D 打印 不但复杂，而且非常节省材料，有助于将钛废料控制在最低水平。"Alexander Altmann 说："如今，制造一个阀块大约需要一天时间，而使用 EOS M 400-4 有可能将制造时间缩短 75% 以上。

但这还不是全部--轻质的 3D 打印阀块和未来的 3D 打印部件也将有助于降低油耗，减少二氧化碳和氮氧化物的排放。对飞机部件的要求极高，因此利勃海尔非常重视对增材制造方法的了解，直到最后一个细节，以建立绝对可靠的生产流程。在 EOS ，利勃海尔拥有一个技术提供商和合作伙伴，可在增材制造过程中促进质量保证。通过参与试点阶段，利勃海尔能够为 EOS 监控套件的新模块 EOSTATE Exposure OT 的开发做出贡献，该模块能够实现无缝和实时的部件检测。 

"亚历山大-阿尔特曼（Alexander Altmann）说："未来，这将加快工业 3D 打印过程中材料缺陷的识别速度，并有助于减少对计算机断层扫描等下游质量保证过程的需求。