看中国东方航空如何利用3D打印助力飞机维护?



 中国东方航空计划在新空客350飞机上装备超过1,000个3D打印飞行部件。作为一个传统制造的互补工艺,未来3D打印将被更多人所接受。其关键是要获得专业知识并为将来的挑战做好准备。”

——陈之易/东方航空技术有限公司

中国东方航空集团有限公司运营着超过600架现代化飞机,航线覆盖177个国家、1,062个目的地。为保障飞行安全,东方航空技术有限公司承担了中国东方航空的飞机维护及部件修理的重要任务。

民航业的安全标准极其严苛,是什么原因促使中国东方航空使用增材制造技术(AM)呢?2015年,中国东方航空第一批全新波音777客机印错了座位标识。虽然是个小错误,但购买替代的部件却花费不菲。因此工程师们开始使用3D打印技术。新标识三天之内就打印完毕,并且大大降低了成本,因此中国东方航空迅速成立了专用的增材制造实验室,探索3D打印的更多用处。

中国东方航空增材制造实验室

东方航空技术有限公司成立了增材制造实验室,利用满足FAA和CAAC25部相关要求的ULTEM 9085材料,该材料是一种高强度的热塑材料,搭配Stratasys的Fortus 450mc工业级3D打印机使用。

图片:许多飞行员更愿意使用电子飞行包而不是到处找厚重的飞行手册。东方航空技术有限公司设计并使用3D打印出这个电子飞行包支撑装置。

自成立以来,实验室陆续生产并安装超过300个成品部件,中国东方航空由此成为国内第一家将3D打印的客舱内饰件应用到商用客机中的航空公司。通过3D小批量打印,中国东方航空解决了过去易损零件订货周期长、成本高的问题,同时保障了公司机队的安全飞行,提高了旅客的乘坐体验。

图片:东方航空技术有限公司增材制造实验室正在安装3D打印的电子飞行包支撑设置。

增材制造实验室研发工程师陈之易说,“以前如果机舱部件损坏了,我们得从指定的供应商那儿购买,那就可能要三个月的时间。有的时候甚至还根本找不到可用的部件”。订货周期一长,损坏的零部件就不能及时修理,就会大大降低旅客的飞行体验。志毅补充说,“这就是我们之所以采用3D打印的原因,它能帮助我们高效而有创意地解决问题。”

3D打印的机内部件

增材制造实验室促成了东方航空技术有限公司的业务转型,从仅仅提交需求到部件设计再到生产。实验室开发了很多客舱内部件,包括座椅扶手、门把手盖板、行李架锁扣、电子飞行包支架和报架。

图片:东方航空技术有限公司增材制造实验室生产的另一款3D打印的飞行包支撑设置。

许多飞行员使用电子飞行数据包代替厚重的飞行手册,因此增材制造实验室便设计且使用3D打印了一个定制的支架,包括空客330和320,波音737等在内的很多商用机都已购买并安装了这种设备。

图片:购买备用报架可能需要花三个月以上的时间,因此东方航空技术有限公司增材制造采用3D打印制造替代品。

报架设于机舱座位后方,很容易因与餐车的频繁碰撞而损坏,而损坏的部件可能会伤及旅客。实验室通过设计、使用3D打印一个新的部件并且成功安装,有效解决了订购新部件周期过长的问题,同时遵守了严格的审批准则。通过内部打印替代部件,东方航空技术有限公司可以将现有供应链系统同和为旅客提供舒适的飞行体验高效地结合起来。

未来计划

东方航空技术有限公司的增材制造实验室已转变为一个日益壮大的先进的制造部门。

陈之易表示,“中国东方航空计划在新空客350飞机上装备超过1,000个3D打印飞行部件。作为一个与传统制造的互补工艺,未来3D打印将被更多人所接受。其关键因素在于获得专业知识并为将来的挑战做好准备。”

该实验室计划探索增材制造在航空方面的更多应用,比如安全别针储存盒、3D打印模具和定制的训练器具,旨在实现零库存式智能制造,按需生产和数字化管理。

关于3D打印飞机零件的后市场,波音公司在2015年就提交了一份专利申请,主要涉及到更换飞机零部件的3D打印应用。这份专利申请可能对波音公司未来的经营产生重大影响。

根据波音的专利描述,波音专利保护的是一种装置,包括:一个被配置为存储多个部件定义文件的零件库、一个存储了使用多个部件定义文件打印出来零部件识别条目的数据库,以及一个零部件管理系统,该系统能够接收针对上述部件定义文件库里的一个零部件的定义文件请求、识别该定义文件、接收根据该定义文件打印一个零部件的指令,并且把3D打印的该部件条目存入数据库。

目前,将3D打印技术积极引入售后零部件制造体系的还有德国的DB铁路公司,德国铁路公司在每个维修工作站中确定了至少一名或两名3D打印专家,并确定哪些零部件可以通过3D打印技术受益。事实证明,有很多火车零件适用于3D打印,包括咖啡机的备件、外挂钩、方向盘盖、头枕框架、盲人旅行者的盲文路标等等。

德国铁路并不局限于使用一种3D打印技术,因为他们已经发现了塑料和金属增材制造的不同优势。当前德国铁路公司用于塑料打印的材料主要是PA-12尼龙材料。用于金属3D打印的材料主要是铝合金材料,最近德国铁路还开始通过3D打印来制造钛合金零件。

通过与专门从事3D打印的公司合作,德国铁路已经能够利用最先进的增材制造技术,而不是投资设备本身。事实上,为了促进物流部门增材制造解决方案,德国铁路甚至于2016年9月成立了“移动增材制造”网络。德国铁路的移动增材制造网络已有50名公司,其中包括西门子、Concept Laser、Materialize、EOS、Stratasys、Autodesk等公司。

像航空航天工业那样,德国铁路在采用3D打印零件方面面临的主要挑战之一就是符合严格的安全要求。 某些方面,火车的安全要求甚至比飞机要严格得多,主要因为乘客需要乘坐长时间,而这对零件的抗磨损性和稳定性提出了很高的要求,并且列车的零件需要满足阻燃的性能要求。

在家用电器方面,法国的家用电器零售商Boulanger在2016年就推出了在线的备品备件模型库,向3D打印备品备件领域迈出了正式的一步。值得注意的一点是Happy 3D 中的备品备件数字模型,全部是Boulanger 自有电器品牌的备品备件的模型,Boulanger 并没有动其他电器品牌后市场的蛋糕。我们也可以进一步想象,未来三星、海尔、联想等掌握产品CAD设计文件的家电品牌制造商会不会直接推出自己的备品备件3D模型库?或者消费者更接受由京东这样的电商提供一站式的销售和3D打印备品备件服务?在小编看来,这些都具有可能性。

将3D打印应用于后市场的公司特点都具备了产品线足够独特、备品备件需求量种类复杂且庞大的共同特点。通过3D打印技术不仅仅满足了“随时随地”获得备品备件的灵活性,还节约了这些公司保有大量备品备件的成本,简化库存管理和减少异地运输的需求。

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