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在于确保机器人、数字辅助装配和加工技术等复杂结构的完美组装。集成制造小组驻于先进制造研究中心 (AMRC) 耗资 4300 万英镑建造的 Factory 2050 内，通过与工业合作伙伴合作，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。

鉴于航空航天领域的严格要求，防止试验期间孔的交叉污染至关重要。项目开展不久，团队发现原定解决方案不足以解决问题，如果要加工或注射成型替换部件，将面临数周的延误。

向集成制造小组的项目工程师 George Sleath 了解团队如何利用 3D 打印快速制造 500 个高精度钻孔保护帽，将备货时间从数周缩短至三天。

Sleath 和工程团队与 AMRC 的开放式增材制造站合作，来制造所需部件。阅读我们的案例研究，了解开放式 3D 打印如何为整个基地的数百名工程师提供支持。

测试不同方法以避免交叉污染

“对钻孔工艺的一个关键要求是，孔中不能有任何污染。这意味着钻完一个孔后，移动到下一个孔之前，我们需要把第一个孔盖上才能继续钻孔，以免产生的废料交叉污染第二个孔。当我们意识到需要孔盖这种特殊要求时，我们只有很短的时间来提供解决方案。”Sleath 表示。

工程师们首先尝试使用了铝片和小橡胶 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，在项目时间有限的情况下显然不可接受。

于是，团队提出了一个新的设计方案：一个带外部切割槽的小圆盘，用于安装 O 型环。该部件有相对严格的公差要求；如果切口过大，O 型环会陷入部件的侧面，实际上密封的不是 O 型环，而是塑料。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。

部件的多样性也增加了制造难度。“由于钻孔尺寸不同，我们需要多个变体，也就是需要不同尺寸的孔盖。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，但如果要采用注射成型，每种尺寸都需要一个新的模具。”Sleath 表示。

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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