两天内生产 500 个航天部件：3D 打印如何帮助 Airbus 进行钻探试验

先进制造的关键挑战之一是确保机器人、数字辅助组件和加工技术等复杂结构的完美装配。集成制造小组位于先进制造研究中心 (AMRC) 耗资 4300 万英镑建造的 Factory 2050 工厂，该研究团队与工业合作伙伴紧密协作，汇集先进技术并开发集成系统。

该研究小组近期参与了欧洲最大航空航天制造商空中客车公司的一个项目，其中涉及碳纤维、铝和钛组件的高公差钻孔和加工。

鉴于航空航天领域严格的标准要求，试验过程中必须防止孔之间发生交叉污染。然而项目开始不久，团队就意识到他们计划的解决方案无法有效解决问题，如果改用机械加工或注射成型替换部件，将导致数周工期延误。

我们向集成制造小组的项目工程师 George Sleath 了解如何利用 3D 打印技术快速制造 500 个高精度钻孔保护帽，将备货时间从数周缩短到仅需三天。

Sleath 和工程团队利用 AMRC 的开放式增材制造站完成了所需部件的制造。阅读本案例研究，了解开放式 3D 打印资源如何为整个工厂的数百名工程师提供支持。

测试不同方法以避免交叉污染

“钻孔工艺的一个关键要求就是确保孔内没有受到任何污染。这意味着钻完一个孔后，我们需要把第一个孔盖上才能继续钻孔，以免产生的废料造成交叉污染。当我们意识到这个特殊的孔盖需求时，交付时限已经非常紧迫。”Sleath 说道。

工程团队最初尝试采用铝片和小橡胶 O 型环，但这并不能彻底解决问题。这导致整个项目进展缓慢，而项目最终期限迫在眉睫，这种情况显然不可接受。

于是，团队提出了一个新的设计方案：一个外侧带有环形切槽的小圆盘，用于安装 O 型环。该部件对公差控制要求严格；如果切槽过大，O 型环就会陷入部件侧壁，实际上不是密封在 O 型环上，而是密封在塑料上。可接受的公差范围是 O 型环厚度的一半，大约在半毫米左右。

部件的多样性也意味着制造的复杂性。“由于钻孔尺寸各异，我们需要多种不同规格的孔盖。从虚拟设计的角度来看，只改变一个尺寸并不需要很长时间，但如果要对部件采用注射成型工艺，就必须为每个部件单独制作新的模具。”Sleath 说道。

两天内 3D 打印 500 个保护帽

团队需要在 10 天时间内制造约 500 个这样的小保护帽，实际上只有 3D 打印制造方案能够做到。

由于当时对 AMRC 的内部能力尚不确定，Sleath 首先向三家外部打印机构询价，但考虑到这些部件对项目的价值，报价都过高。

“随后，我与设计和原型制造部门的 Mark Cocking 进行了交谈，询问我们是否可以在内部制造部件。实际上，我在 24 小时内都没有收到他的回复，但在我收到他的回复时，他却说：‘没问题，打印进度已经过半了’。24 小时内就生产了 250 个钻孔盖，周转时间真是惊人。”Sleath 表示。

最后，Cocking 设法在两天内完成了所有部件的生产。

“这不仅让我们能够及时获得部件并加以使用，还能专注于其他任务无需担心交付进度。”Sleath 表示。

内部 3D 打印站提供灵活性和迭代空间

由于部件采用 3D 打印，工程师们能够在部件中加入几何形状，这些几何形状也能经 3D 打印成工具，进而能够快速、轻松地安装保护帽。 

“安装人员都反馈部件非常好。绝大多数部件的性能完全符合预期，在操作过程中并无损坏。”Sleath 表示。

除了周转时间快、成本低之外，内部 3D 打印的一个关键优势是灵活性。 

“如果设计测试未通过，我们可以迅速将其返回到设计循环中并进行修改，而不是将第一份设计发送给服务中心，当他们在几周后将 500 个部件全部返回时，才意识到需要进行细微的修改。”Sleath 表示。

了解 3D 打印工作站如何为 AMRC 的数百名工程师提供支持

“我非常喜欢用 3D 打印来快速迭代设计。我会在 3D 打印机上制造一个部件，看看它在现场的表现如何，然后迅速将新设计返回打印机。由于其速度快、成本低，有时一天就能完成两三个设计。“随着 AMRC 在整个基地努力推行新的开放式使用计划，我想会有更多人采用 3D 打印。”Sleath 表示。

了解 AMRC 的 3D 打印站及其他应用，如焊接用温度传感器支架、采用复合材料制造的高度复杂机器人抓手支架以及采用复合材料制造的自定义绕丝辊。

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