仅30小时打印110kg翼梁工装,WAAM技术助力航空航天实现减重50%
意大利莱尼亚诺镇的工装及工业零件生产商Eligio Re Fraschini(自1946年起运营)与机器人增材制造公司Caracol合作开展了一项共同资助的试点项目,旨在测试后者基于机器人WAAM(电弧增材制造)技术的Vipra AM平台,用于生产航空航天工装。该项目旨在评估金属增材制造能否在满足航空航天严格精度和强度标准的同时,缩短交付周期并降低成本。
目标部件是一种用于碳纤维层压工艺的翼梁工装,其特点在于严格公差、复杂几何形状及严苛的结构要求。在试验中,双方使用Caracol的Vipra XP系统——一款基于CMT的WAAM系统——制造该零件。通过直接近净成形沉积316L不锈钢,零件尺寸为1000 × 550 × 85 mm,总重110 kg,仅用30小时完成打印,沉积速率达3.7 kg/h。打印完成后,工装通过数控机加工达到规格要求。


该项目的结构设计旨在评估机器人金属增材制造能否成为一种可靠的替代方案,在缩短上市时间和降低整体生产成本的同时,保持航空航天应用所需的质量标准。通过评估并对比传统制造方法(如机加工或铸造),合作双方发现增材制造带来了显著优势:最大限度减少材料浪费、提高资源效率,以及大幅缩短生产时间(得益于增材制造的精简能力与高沉积速率)。值得注意的是,优化后的3D打印工装相比原航空航天零件轻了50%,这得益于增材制造能够集成传统方法无法实现的复杂内部几何结构。

Caracol表示,该项目为未来的部署奠定了清晰的技术和经济基础,证明相同的制造方法可以大规模集成到实际生产计划中。该项目并非纯粹的实验性尝试,而是从设计之初就考虑到了可扩展性,旨在验证一种能够延续至更大规格、投入实际生产计划的制造方法。
Caracol的Vipra AM平台于2024年推出,已用于多种大尺寸、高沉积速率的应用。在另一个并行项目中,Caracol与法国机加工车间Formes et Volumes合作,使用机器人大幅面增材制造技术,采用纤维增强热塑性塑料生产了一个用于航空航天的大型复合材料层压工装——一个完全整体式结构,尺寸为2200 × 2200 × 600 mm,在约19小时内打印完成,与传统工装方法相比,交付周期缩短了50%,生产成本降低了30%。此外,该平台还用于直接生产零件,如为JOME Engineering制造的不锈钢取样阀,以及与NP Aerospace合作制造的110 kg悬架与差速器托架。
更广泛的行业也在朝着同一方向前进。WAAM3D在其MiniWAAM平台上展示了金属工装应用,包括一个航空框架和一个由Ti-6Al-4V制成的钛合金锥体段,后者与传统方法相比实现了95%的成本节约和40%的材料减少。这些案例的共同论点是:工装历来是航空航天生产中最耗时且最不灵活的环节之一,而增材制造通过消除专用模具依赖和压缩开发周期直接解决了这一问题。


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