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利勃海尔引入 EOS 增材制造技术,用于民用航空器的液压控制阀制造
责任编辑:诺曼比尔 日期:2020-04-29 14:57:44

来源:EOS

现在很多航空航天公司都认识到增材制造技术的独特优势,转向增材制造(AM),以最大程度地减少复杂零件的生产,并创造出重量更轻的替代产品。总体而言,该行业的公司一直在寻找减轻飞机和其他飞行器重量的方法,以优化旅行条件并减少油耗。


突破极限
利勃海尔,全球领先航空工业供应商,在行业供应系统已超过五十年。开发、生产和维修的设备包括飞行控制和制动系统、起落架、空气管理系统、齿轮和变速箱。
大约六年前,利勃海尔启动了增材制造计划,其目标是引入新技术,给客户提高更优质、更经济的产品,在行业内保持竞争力。特别是在基于粉末床的工业 3D 打印方面,最终利勃海尔选择了 EOS 金属 3D 打印技术。

为了突破 3D 技术可实现的极限,利勃海尔视图用满足所有飞行认证要求的 AM 零件代替传统制造的主飞行控制液压零件。由德国联邦经济和能源部的部分资助,利勃海尔与空中客车公司和德国开姆尼茨工业大学合作进行了该项目。

飞行控制液压组件(即液压控制阀)的传统制造过程是锻造开始,然后进行机加工、修整、钻孔和组装。该过程既耗时又复杂,几乎没有优化空间。经过验证,这一复杂的工艺可以通过 3D 打印技术进行优化改进。

该解决方案转向 EOS 设备,以更少的零件和高效的工艺链来制造重量轻的 3D 打印组件,尤其是高压液压阀块。首先,通过分析原有的液压阀块,确定了水工结构,并移除了辅助部分。重新考虑了主要部件的位置,以便在新零件的设计中进行全面优化。
选择 EOS M 290 系统用于制造液压组件。EOS M 290 的构建体积为 250x250x325 毫米,可直接使用 CAD 数据快速、灵活且经济高效地生产金属零件。直观的用户界面,结合了开放式和标准化参数集的智能软件概念以及改进的过滤器系统专为工业生产而设计。强大的系统设计和 400 瓦光纤激光器可实现产品可靠的高性能。

“对于工业 3D 打印,复杂性不再是问题。在 EOS 系统上,组件是由大量薄层构成的,每个薄层的厚度为 30 至 60 μm,这使我们能够构建复杂的几何形状。功能元件通过弯管直接彼此连接。这就避免了需要具有大量横向孔的复杂管道系统,从而节省了生产时间。”利勃海尔AM研究与技术首席工程师 Alexander Altmann 解释说。

之所以选择钛合金作为打印材料,是因为它质量轻、力学性能稳定并且具有良好的耐腐蚀性。适合用于航空零件制造的所有条件。与传统制造的零件相比,金属 3D 打印的主飞行控制液压零件重量减轻了 35%,并且省去了 10 个零件。Alexander Altmann 补充说:“这可能也是 AM 的标语 — 使用更少更轻的零件制造质量相同或更优的产品,恰巧这对我们利勃海尔来说是重要的一步。”

此外,金属 3D 打印的主飞行控制液压还满足了飞行的所有认证要求。3D 打印的阀块已成功通过空客 A380 的飞行测试。

传统方法制造的阀体(左)和经过优化的金属 3D 打印阀体(右)。(来源:Liebherr)

生产规模投资
在完成这个特定项目之后,证明使用 EOS 技术的增材制造对于制造关键的主要飞行组件是可行的,利勃海尔对 3D 打印进行了全面投资。例如,现在需要花费一天的时间来制造液压阀块,但他们发现,如果使用 EOS M 400-4,则可以将制造时间减少 75% 以上。

EOS M 400-4 专为工业应用而设计,可提供 400x400x400 毫米的构建体积,并结合了四个激光器,可将生产率提高四倍。它满足了现代生产环境在效率、可伸缩性、可用性和过程监控方面最苛刻的要求,打破了制造的界限。模块化平台设计可轻松集成到现有生产环境中,并与未来创新灵活整合。姊妹系统 EOS M 400 仅使用单个 1000W 激光器运行,而 EOS M 400-4 则是 EOS M 290 生产能力的四倍,两者均确保了可靠的直接金属激光器烧结质量。所有 EOS M 290 流程都可以转移到 EOS M 400-4,同时保留相同的零件性能。

利勃海尔继续与 EOS 合作,参与了 EOS 质量管理模块的前期测试,该模块为EOSTATE Exposure OT,是 EOS 监控套件的新模块——光学断层扫描,可实现无缝和实时的组件检测,该模块现已发布。” Alexander Altmann 评价说:“这项技术将在未来加速工业增材制造过程中对材料、产品缺陷的识别,并减少对后续质量验证过程(如计算机断层扫描)的依赖。


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