增材制造技术国防领域(为什么航空航天和国防公司会采用增材制造？)
金属增材制造（AM）——特别是金属激光粉末床熔变（LPBF）——何时会成为一种公认的、可靠的生产技术，特别是在航空航天和国防领域的问题。现在的情况是已经实现了。在过去的18个月里，许多航空航天领域的领导者、初创公司和合同制造商（CMs）都在购买或开始将工作外包给先进的AM系统。他们自信地生产终端用途的、3d打印的部件——有时甚至是整个火箭发动机。
在2022年夏天发布的一项关于主要AM系统制造商收入增长的季度研究报告中，工业行业与2021年同期相比增长了19%。这被用来证明公司和用户正在寻求投资于更大、更强大的工业AM解决方案，从而提供更高的效率和生产力。
例如，普惠公司、洛克希德马丁公司、SpaceX公司、霍尼韦尔公司等公司显然已经意识到该技术能够交付关键任务产品。特别是SpaceX的添加剂，安装了10多个系统。
而且不仅仅是最知名的公司购买AM；发射公司和“宇宙空间”初创公司发现，他们可以购买一两台机器，开发专有设计，并在惊人的短时间内提供具有竞争力的火箭。更重要的是，许多为航空航天和国防客户提供服务的合同制造商——包括瓦格纳机器、顶点、哈特克集团和克努斯特-戈德温——也一直在积极地将AM系统集成到他们的机器车间中，以满足客户对无法以任何其他方式制造的高度复杂部件的需求。
航空航天和国防工业的愿望清单上的许多项目现在特别适合先进的添加剂系统：通过使用不断扩大的3D打印高温合金粉末进行轻加权。不仅可以在不影响设计的情况下精确地打印出你想要的东西，还可以改进复杂的内部通道提供的性能指标；低角度，无支撑的叶片和管道；以及以前无法想象的“不可能”几何图形。
商业航空中的AM
与人类飞行相关的大量可以理解的谨慎导致了监管环境，在一定程度上减缓了商业航空采用AM的步伐。尽管各种各样的3d打印部件已经被行业的主要参与者认证——通用电气飞机发动机组件是最著名的例子——这涉及多年的专有开发时间和相当大的费用（发动机和螺旋桨制造商AM部件，严格的认证要求）。
然而，去年宣布了金属材料性能开发和标准化材料规格，合金718，铬镍铁?，是为所有规模的航空相关公司平整领域的一步。金属材料性能开发和标准化是美国联邦航空局、美国国防部和美国宇航局认可的一个基于行业的设计许可来源。铬镍铁是前几种材料（铝和钛）被评估用于3d打印部件和维修。
这反过来又增加了AM对商业航空供应链“修复”的价值，也就是说，当一个铸造件没有引用遗留部分，或更换的交货时间遥遥无期。当需求和长期预测不确定时，LPBF技术可以帮助抵消传统生产的零部件的低批量、直接零部件替换的高成本。这严重影响了未来的维护、维修和运营（MRO）项目的经济性。
3d打印的部件必须提供固有的价值，因为它们是3d打印的。例如，具有优化的内部几何形状——这将具有有限的售后可用性或高的更换成本——AM可以使合同制造商能够按需为其客户生产硬件，抵消高的NPI（新产品介绍）模具成本和其他方法的交货期。
航空航天和国防专业
在过去的几年里，无人太空飞行、卫星发射、高音速研发和无人机生产都在金属AM的发展。应用包括单片、喷嘴/燃烧室组合，将大型部件组合成一个，以及叶轮、定子、燃料箱、泵壳、复杂的油管和轻型微型涡轮机。
一个典型的传统到am的转换可能集中在一个排气管部件上，它浸入发动机油底壳进行机油再循环。最初由八个独立的部件组成，焊接在一起；移动到AM将这些合并成一个单一的组件，消除了八个潜在的变化来源，并绕过了焊接和钎焊的延长时间。
另一个例子是无人机用的微型涡轮机。传统制造的原始设计有61个部件；AM版本将它们合并为一个。普渡大学最近宣布了使用3d打印部件进行高音速推进的工作，这对国防部来说是可以理解的。
现在使用先进的LPBF系统可以实现的产品质量，加上这些例子中明显的经济效益，使AM的情况变得更加清晰。
布局采购增材系统
航空航天领域的大公司已经开始大规模投资AM。如前所述，SpaceX肯定已经取得了领先，其他公司也宣布他们打算增加对这项技术的承诺。许多人开始探索AM，通过外包给具有3D打印和整理专业知识的合同制造商；之后，他们可能会购买AM系统，直接在自己的设施中使用。
现在，更先进的系统正在实现AM的几何灵活性和精度的承诺，看到他们的开发项目的显著加速。今年夏天，雷神技术公司旗下的普惠公司购买了一套Velo3D蓝宝石系统（包括打印准备软件、打印机本身以及嵌入式监控和质量控制软件）。P&W正在评估为其GTF?和先进的发动机项目生产生产喷气发动机部件的技术。
P&W是经验丰富的AM用户，他们大部分都外包给合同制造商进行印刷和精加工。虽然他们计划继续利用这一资源，但他们的最新系统将位于雷神公司技术研究中心的内部。雷神公司是拜登总统的AM前进计划的发射参与者。
洛克希德·马丁公司最近还在其添加剂设计和制造中心增加了一个先进的LPBF系统，为该中心在公司的太空部门的生产部署试点新的AM技术。
增材系统广泛的应用
在航空航天的创新领域，公司的规模不比过去那么重要，当时AM是问题的一部分。较小的企业，如美国宇航局的供应商火箭火箭；卫星发射初创公司；甚至是一个十几岁的学生，他的整体发动机很快就要接受点火测试——由于3D打印，所有这些在过去一年里都成为了头条新闻。
火箭飞船公司一直在为美国宇航局提供各种项目的3d打印端用组件，其中包括巨大的RS-25发动机，将搭载阿尔忒弥斯的月球任务（目标是今年将第一个无人驾驶的猎户座登月舱送入轨道）和后来的火星。
美国宇航局的预算是20世纪60年代的一半；最近的进展在很大程度上要归功于3D打印技术的进步。航空火箭公司的航空工程师和任务建筑师詹姆斯·霍顿说：“与任何复杂的努力一样，你能负担得起越多，你确保它完成的机会就越大。”金属广告在实现这些目标中发挥着关键作用。”
使用AM，航空火箭柱式发动机已经能够降低推进成本，加快上市时间，并提高其产品的性能。最近，该公司采用了先进的LPBF来克服早期RS-25发动机喷油器设计的限制，该发动机将把阿尔忒弥斯任务带入太空。
这一次，他们能够用更轻的钛代替原来的镍，因此，推进器的质量是1/5，尺寸是1/2，成本是传统制造版本的1/3。由于最新的型号包含的组件要少得多，所以它也更容易组装，在运行过程中发生故障的机会也更少。霍顿说：“我们已经证明，通过利用增材制造和先进的软件技术，我们能够插入可负担能力，减少交货期，与我们过去制造零件的方式相比，大大提高了系统性能。”
另一家年轻的公司，发射器，从一开始就打算利用AM来建立其低成本，小型卫星发射计划。他们使用的早期的AM系统需要进行重大的重新设计工作和后处理。但最近购买的最新的LPBF系统之一，提供了实现与SpaceX公司的拼车机会所需的技术水平。
发射器能够将优先事项从开发自己的火箭转移到完成轨道器卫星传输飞行器的生产，这样它就可以搭载SpaceX的火箭。虽然其专有火箭（将直接发射轨道飞行器）继续开发，但他们的新AM系统增强的能力“使我们很容易在面对重点变化时转向，”发射器的制造主管蒂姆·贝里说。
他说：“一般来说，这是添加剂技术的一个好处，尤其是当你使用一个能力很强的打印平台时，”该公司现在已经为各种项目印刷了带护罩的叶轮、燃料箱、支架、燃烧室和喷油器，并购买了额外的AM设备供内部使用。
伊万·克雷格是一名16岁的英国学生，他在大流行封锁期间利用自己的时间调查了长期以来备受追捧的空中脉冲火箭，工程师们自20世纪50年代以来就一直在研究这枚火箭。在一家软件供应商和am系统制造商的支持下，克雷格设计并打印了他自己的飞机，目前正在美国一所大学进行地面和最终的飞行测试。
随着AM技术的不断发展，最先进的系统已经提供了满足航空航天和国防部门的最高标准要求的质量水平。目前正在交付的更大容量、更高的3D打印机只会扩大创新应用的潜力，该行业的oem、合同制造商和充满活力的初创公司都可以探索和交付。