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DOI :10.19694/jki.issn2095-2457.2022.24.040引言
空中客车公司是3D 打印技术（又称“增材制造”）领域的全球开拓者，其在德国不来梅建立了3D 打印技术
中心，推动了3D 打印技术的应用与发展。至今，
空客公司已经将3D 打印技术应用于塑料备件、金属支架、机舱仿生隔离结构等多种飞机的零部件生产领域。目前空客公司的A350XWB 机身中已有超过1000个零部件是通过3D 打印技术制成，这一数量超过其他任何飞行器。空客公司将3D 打印的技术优势充分利用到航空产品的
设计制造过程中，降低了开发成本和缩短了生产周期，
同时提升了产品性能，成为航空领域推进3D 打印技术的发展与应用方面的标杆。研究空客公司3D 打印技术发展过程、梳理典型应用案例、总结提炼经验启示，对中国制造业的3D 打印技术发展与应用具有重要借鉴意义。
1技术能力建设与发展
空客集团公司在2007年就将3D 打印确定为金属与表面工艺技术中的一项关键制造技术，并采用多种方式建立和增强其在3D 打印方面的技术能力。
1.1成立3D 打印团队开展自主研究
金属与表面工艺技术中心旗下的3D 打印技术研发团队和全资子公司Premium AEROTEC 公司负责关键技术的开发与应用研究。空客计划在未来的几十年飞机一半零部件要采用3D 打印直接生产出来[1]。
空客公司在2007年就成立了3D 打印研发团队，开始认真研究金属3D 打印。2011年，该团队已开始在其
卫星上使用电子束熔融（EBM ）技术的钛结构部件，
这也是空客迈向3D 打印技术应用的第一步。Premium AEROTEC 公司成立于2008年，由空客诺顿汉姆和瓦雷尔工厂以及奥格斯堡的工厂整合组成，
核心业务是开发和生产由铝、钛和碳纤维复合材料（CFRP ）制造的航空部件。2016年，Premium AEROTEC 已实现利用3D 打印技术为空客批量生产钛金属零部件。Premium AEROTEC 公司还与Concept Laser 签署合作协议，指定其作为机械设备及工厂技术的供应商[2]。这次合作是金属3D 打印技术在航空结构件方面实现工业化的里程碑。Premium AEROTEC 于2018年收购了APWORKS ，进一步
增强了其3D 打印技术实力。APWORKS 专注于金空客公司3D 打印技术的发展与应用
聂铁虎
(上海飞机设计研究院，上海201200)
【摘要】空中客车公司是3D 打印技术领域的全球开拓者，其通过自建研发团队，整合内部资源，收购技术公司，开展广泛合作等方式，推动3D 打印技术在航空产品中的应用。空客公司利用3D 打印技术优势缩短零部件设计和制造周期，降低生产成本，减轻飞机重量，提升了民用客机产品竞争力。空客公司的技术发展与应用为其他公司3D 打印技术的发展提供了重要启示。
【关键词】3D 打印；航空零部件；开发与应用；空客公司
收稿日期:2022-02-23
作者简介：聂铁虎，情报学硕士，研究方向为航空新技术发展与应用。
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属3D打印技术，业务涵盖整个价值链，从优化的零部件设计到选择合适的材料，从原型设计到合格的批量生产。
1.2与高校、研发机构和其他企业开展研发合作
空客公司积极同业界领先的3D打印技术研发机构和其他企业开展技术研发合作，充分利用产学研各界的专业知识和技术水平，助力自身技术能力的提升。如与西北工业大学签署合作协议，共同开发激光立体成形技术在航空领域的应用[3]。该项目重点研究激光3D打印技术在飞机部件制造中一次打印成形、减少加工余量以及材料在成形过程中变形等难题。
空客与Arconic公司开展大型结构件3D打印研究项目合作，其目标是开发定制的工艺和参数以生产和校验长达约1m长的大型结构3D打印部件，如翼梁和肋结构[4]。在该项目中，Arconic公司采用电子束高速率沉积技术，其比用于更小、更复杂组件的3D打印技术快达100倍。此外，它还采用一种名为“Ampliforge”的专有工艺，该工艺是一种组合了增材和传统制造的混合技术，它通过使用现金的制造工艺（如锻造）来处理几乎完整的3D打印部件，这增强了3D打印部件的性能，与仅由增材制造完成的部
件相比，它可增强韧性、耐疲劳和强度，并减少了材料投入和生产交货时间。空客与Stratasys合作，启动了3D打印的开发和认证项目[5]，这一举措对空中客车A350XWB宽体飞机项目的及时交付具有重要意义，进一步证明了3D打印在制造业中的关键性作用。
1.3参与欧盟研发框架计划的AMAZE项目
AMAZE项目全称“以零浪费和高科技金属产品的有效生产为目标的增材制造”（Additive Manufacturing Aiming Towards Zero Waste and Efficient Production of High-Tech Metal Products）。在该项目中，空客公司获得了欧盟的研发资金支持，挪威钛公司（Norsk Titanium）为关键技术快速等离子体沉积（RPD）的研发提供了快速等离子沉积设备，提升技术成熟度达到TRL6。通过该项目，空客子公司Premium AEROTEC公司掌握了快速等离子体沉积技术。目前，采用快速等离子体沉积技术生产的A350XWB钛合金部件已应用到批量化生产的A350 XWB系列飞机上。
23D打印技术主要应用
2.1全球首架3D迷你飞机
近些年，空客公司提出了“透明飞机”概念，并计划未来采用3D打印技术实现。2016年6月，空客公司制造出了全球首架3D打印迷你飞机，名为“雷神（Thor）”，即“高科技目标在现实中的测试（Test of High-t
ech Objectives in Reality）”的首字母缩写。“雷神”是一架无窗无人机，重21kg，长不超过4m。这架飞机除了电器元件外，其他部分几乎完全是基于聚酰胺材料打印而成。“雷神”项目用来测试3D打印技术是否能打印整体系统，以此来加快整个开发进程。该项目表明3D打印技术能节省大量时间、燃料以及金钱。
2.2机舱间隔板
2015年，空客公司推出了首个通过创成式设计开发的轻量化零部件，即3D打印轻量化仿生机舱隔离结构，该结构是采用高强度轻质铝合金材料与粉末床激光熔化3D打印技术制造的，用于空客A320机舱中，起到分隔客舱与后部食品准备区的作用。该结构由空客为空客A320飞机设计，使用了APWORKS开发的一种高科技合金Scalmalloy，整个3D打印的机舱隔离结构比之前要轻45%。
2018年4月，芬兰最大的航空公司芬兰航空公司在例行升级中为其A320飞机安装了3D打印间隔板。该间隔板有助于弥合机舱布局时部件与部件之间留下的间隙。面板的设计虽比以前使用的要复杂得多，但它采用生物启发的格子支撑结构，且使用3D打印技术使重量减轻15％。
2018年4月，空客旗下Stelia航宇公司的工程人员创造出了世界首个自加强机身壁板，他们以3D打印集成加筋结构以提供结构加强[6]。目前，机身内部网状的加筋结构均是通过手工紧固或者焊接上去的。Stelia的工程人员使用的是丝束电弧增材制造，将加筋铝丝沉积到壁板的内表面。这项新技术可以让人
们重新思考和重新设计机身，不用受到壁板必须随后连接加强栅格的约束。新制造工艺被Stelia称作DEFACTO（面向拓扑组件的增材制造开发）。3d打印未来发展方向
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Science&Technology Vision科技视界2.3液压件
从2016年12月开始，空中客车引入EBAM电子束熔融技术来制作客机上的大型整体性零部件。2017年，空客公司与德国利勃海尔合作进行了3D打印钛合金液压元件的试飞，该液压件比传统液压件重量减轻35%。该部件已于2017年3月在A380飞机的试飞中首次成功试用[7]。它还是空客在其客机上安装的首个3D打印的主飞行控制液压元件。
2.4支架和连接件
Sogeti High Tech利用3D打印技术以创纪录的速度成功地为A350XWB客机垂尾的前翼梁开发了一种线束支架，从初始草图到最终成品只用了两周时间。采用3D打印技术进行一体化设计的垂尾支架将零部件数
量从30个减少到1个，减重30%，并且实现19h完成制造，实现全面定制化。相比于传统制造需要70d的周期，新技术使得生产时间减少了90％以上。
2017年9月，空客宣布首次安装3D打印钛金属零件在批量化生产的A350XWB系列飞机上[8]。这款3D 打印零件由Arconic生产。Arconic还为空客生产其他钛和镍材质的3D打印零件，例如，为空客的A320系列飞机提供由高温镍超合金制成的3D打印管道部件。
2.5舱门闩锁轴
闩锁轴采用EOS M400型号的3D打印机制造，最大成型尺寸为400mm×400mm×400mm。一次打印过程中最多可以生产28个闩锁轴。与传统制造的部件相比，通过3D打印生产的闩锁轴重量减轻了45％，生产成本降低了25％。由于A350有16个闩锁轴，使用3D打印生产这些零件可使每架飞机减重约4kg。空中客车直升机公司计划在生产中全面投入运营后每年交付2200个零部件，第一批A350组件已于2020年启动。
3启示
空客公司在3D打印技术的产业应用与研究方面走在了行业的前列，也充分利用技术能力获得了产品竞争优势。纵观空客公司3D打印技术的研发与应用情况，可获得三方面的重要启示。
一是成立专业技术团队，开展技术预研和应用探索。空客设立了研发团队和全资子公司，专门负责金属3D 打印技术的关键技术研发，并成功应用在公司内部的产品上。通过打通设计、认证和批量生产的整个价值链，不仅服务于提升公司产品竞争力上，同时可以开展技术服务，为企业创造额外的效益。二是有针对性地选择3D打印应用场景。在空客公司，并非所有的零部件都是应用3D打印技术的潜在目标，其目标重点放在通过3D打印技术按需生产备件，对一些复杂零部件进行创新与优化以实现轻量化，以及通过3D打印技术制造更多具有高度功能集成化的零件。三是产学研紧密结合，外部技术能力为我所用。空客在3D打印材料研发、仿生设计等工作与外部的多家研究所、大学和企业开展技术合作，开展技术预研和验证，提升3D打印技术成熟度。同时可以与技术领先的企业合作开发产品原型，促成产品应用在量产飞机型号上，实现双方共赢。通过这种广泛合作的方式开发3D打印应用，实现风险共担，利益共享。
【参考文献】
[1]李晓红，高彬彬.先进制造技术创新促进空客“未来工厂”建设[J].航空制造技术,2016(10):28-31.
[2]良辰.强强联合:Premium Aerotec与Concept Laser签订合作协议[J].航空制造技术,2016(11):14.
[3]姚文静.法国空客同中国大学合作研发3D打印技术[J].中国钛业,2014(2):45.
[4]马晨璐.Arconic与空客签订3D打印供货协议[J].中国钛业,2017(1):44.
[5]佚名.空中客车与Stratasys和Hexcel签订新合同[J].聚合物与助剂,2016(6):64.
[6]佚名.空客采用3D打印生产全球首个自加强机身壁板[J].航空维修与工程,2018(4):10.
[7]佚名.安装3D打印扰流传动装置的空客A380飞机完成首飞[J].航空维修与工程,2017(4):109.
[8]何蕾.空中客车公司首次在A350系列飞机上使用3D打印钛部件[J].钛工业进展,2017,34(5):48.
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