增材制造設計在未來飛機輕量化結構中的潛力

來源：搜狐

當今的飛機結構由許多不同的材料組成。例如，空中客車A350WB的機身和機翼結構主要由帶有一些金屬零件的復合材料制成。在這里，按照經典的混合設計，零件通過螺栓和鉚釘連接在一起。這種設計導致組裝時間，精力和成本增加。另外，在這種經典的混合設計中，大量的緊固件引入了不必要的重量，以及在載荷引入點處的應力集中。

CFRP-AM在TOAST項目中，Premium AEROTEC（德國奧格斯堡）是A350機身結構的一級供應商，它提出了一種全新的方法來連接復合材料和金屬。這樣，可以消除具有螺栓和鉚釘?shù)慕浀浠旌显O計的缺點。Premium AEROTEC使用現(xiàn)代混合動力設計，在不到五個月的時間內開發(fā)并制造了類似飛機剎車片結構的演示器。它包括由增材制造（AM）制造的鈦負載引入配件和碳纖維增強聚合物（CFRP）熱塑性復合材料板，并使用熱塑性復合材料包覆模制而成。

該演示器的創(chuàng)新之處在于無需螺栓或緊固件即可連接各種材料。這僅通過使用增材制造和熱塑性包覆成型才能實現(xiàn)。鈦金配件的下側設計有銷釘，而螺旋形結構設計的加強筋則很容易用AM生產。然后將AM鈦零件和熱塑性復合材料板放入熱成型模具中。在熱成型過程中，緊隨其后的注射成型步驟將這兩個組件壓在一起。在此步驟中，將V形熱塑性復合材料加強筋包覆成型并壓入鈦配件的海綿狀回旋加強筋中。

通過材料連接（CFRP – CFRP）或封閉形式（鈦AM – CFRP）實現(xiàn)了該混合演示器的接頭。同時，進行了確定接頭機械性能的結構測試。這些測試表明，載荷傳遞能力類似于鉚釘和螺栓的傳遞能力。

與使用機械緊固件的經典設計相比，這種現(xiàn)代混合設計的優(yōu)點包括無需緊固件即可快速制造和組裝，所需零件更少，并且組裝過程更短且自動化。此外，通過使用AM和注塑成型來提高設計自由度的效率可減輕重量。該技術可應用于必須在點和曲面之間傳遞載荷的任何地方。

Premium AEROTEC是世界上第一家為飛機連續(xù)生產提供由鈦合金制成的3D打印組件的組件制造商。Premium AEROTEC是航空業(yè)的全球參與者，2018年的營業(yè)額達到20億歐元。其核心業(yè)務是金屬和碳纖維復合材料飛機結構的設計和制造。該公司在德國的奧格斯堡，不來梅，漢堡，諾登漢姆和瓦雷爾以及羅馬尼亞的布拉索夫都有工廠。Premium AEROTEC在全球擁有約10,000名員工。