添加剂制造是自复合材料以来击中航空航天工业的最大值。它正在转变工程师构建和设计发动机，机身，着陆装备和数千个其他组件的方式。
在不久的将来，由于3D印刷部件，喷射器到卫星的一切都将不同地组装。这就是为什么来自空中客程到黄道带航空航天的公司正在争先恐后地寻找应用技术的创新方式。
增材制造通过将一层材料叠加在另一层材料上，而不是先将一块金属切割或磨掉，从数字文件中“打印”固体物体。它使企业能够更容易地制造传统上难以制造的复杂形状和结构。与需要更长的安装时间和更高的材料成本的传统制造技术相比，这也减少了浪费。
超过三分之一(36%)的航空专业人士回复了ASSEMBLY杂志2015年职业调查主张他们积极参与添加制造项目。
航空航天行业的每一部正在投资该技术，包括商业喷射机，军用直升机，火箭和卫星的制造商。随着质量和加工速度的提高，3D打印将成为越来越多的应用程序的可行替代品，包括飞行准备的生产部件。
“历史上，航空航天哈里斯公司的空间和情报系统创新总监汤姆坎贝尔始终竞争更快，更快地竞争更快，更快地推出，”添加剂制造解锁能够制造在过去的零件我们使用传统的减肥制造技术。金属支架是一个例子。
坎贝尔补充道:“另一件促使人们对这项技术产生兴趣的事情就是竞争。”“由于机器或基础设施的成本，航空航天领域的很多东西传统上都有很高的准入门槛。但是，3D打印是一种工具，可以让小公司与大公司合作。这是创造零件的民主化。”
“使用添加剂制造技术可以减少生产部件的成本，缩短建筑时间，释放工程师，以设计不可能使用传统制造技术建造的组件，”高级空间副总裁和航空喷头的推出计划“Rocketdyne Inc.正在使用3D打印来为Orion SpaceCraft构建零件。
据GE GREG MORRIS，GE航空的添加剂制造和业务发展经理，3D印刷将允许航空航天制造商从几个月或几周到几周或几天的几个月或几周减少零件生产时间线。
一些专家认为，添加剂制造将使航空航天零件的平均报告时间降低至多80％。与传统的生产方法相比，该技术还允许制造商以昂贵的材料（如钛）的昂贵物质（如钛）废弃而少浪费90％。
“Altair Engineering Inc.航空航天和复合材料副总裁Robert Yancey说：”在零件整合，诸如零件巩固的人有许多事物以及可具有更高性能的设计设计。能够快速修改设计，特别是对于非结构应用，提供更好的性能，或减少装配时间[还吸引工程师]。“
以前需要组装的复杂多组分航空航天部分现在可以作为单个物体印刷。
“添加剂制造为航空航天级金属中具有复杂几何形状，长的交货时间和较低卷的应用，”北美洲公司EOS的航空航天业务发展经理Scott Killian说：“北美洲公司的航空航天业务发展经理”它可以取代加工，锻造，铸造和复合材料，无需昂贵的工具和较慢的制造速度。“
不断增长的需求
十多年来，航空航天制造商一直在使用3D打印技术，主要用于原型设计。但是，随着近年来技术的改进，他们增加了投资。这一趋势预计将在未来10年继续下去。
SmarTech Markets Publishing预测，到2020年，用于商业和通用航空的增材制造硬件、软件、材料和服务的收入将达到20亿美元，到2022年将超过30亿美元。
但是，采用率最高的产业是导弹、火箭、卫星制造等宇宙产业。
“空间应用[要求]较低的零件批量，添加剂制造是该方案的理想解决方案，”Arcam Ab，一家瑞典公司Arcam Ab总裁兼首席执行官Magnus Rene解释说，该公司为空中客车，GKN等公司供应添加剂制造设备，葛航空和普拉特＆惠特尼。“由于较低的部分卷，技术需求高，验证需求较低，因此”军队和国防市场“是下一步的。
雷内指出:“当增材制造技术首次出现时，一些航空航天工程师感到犹豫，他们认为这项技术还没有得到验证或可靠，或者它可能只是一时的流行。”“如今，大多数工程师都认识到了这项技术的重要性和潜力。”
根据RENE，可以使用添加剂制造生产许多类型的航空航天部件。“理想的候选人较小，更复杂的部件，例如普通棱柱部件和括号，”他指出。
Stratasys直接制造公司的垂直业务发展总监Ron Clemons说:“这项技术对于非装饰性的内部部件或非结构性和非飞行关键部件来说是理想的。”“但是，新的应用程序一直在开放。
克莱蒙斯指出:“我们最近开始生产化妆品部件，比如船舱灯周围的塑料外壳。”“所有这些部件都必须经过精细的加工、纹理和喷漆，以匹配传统的模塑部件。”
美国联邦航空管理局(FAA)最近通过了首个3d打印商用部件的认证:一块拳头大小的银金属，用于安装GE喷气发动机的压缩机进口温度传感器。该传感器位于高压压缩机的入口，为发动机的控制系统提供压力和温度测量。通用电气(General Electric)的工程师们现在正在打印其他引擎部件，比如燃油喷嘴，这些部件将在几年内搭载在商业喷气客机上。
3D打印服务提供商Form 3D Solutions & Manufacturing有限责任公司总裁Joseph Gabriel表示:“燃料喷嘴是非常适合重新设计的，因为它们是发动机中静止、不移动的部件。“另一方面，叶片会旋转，更难获得FAA的批准，特别是在材料完整性问题上(仍需要通过增材制造解决)。
“位于机舱内的小型内部部件[是3D打印应用的好候选人]，因为它们可以使重量保存重新设计有益，”加布里埃尔加剧。
“诸如燃料喷嘴和歧管的复杂的金属部件今天是主要的重点，”工程与制造服务公司工程和制造服务公司的总裁兼首席执行官Mark Kemper表示，另一家3D打印服务提供商，适用于航空航天制造商。“随着部件变大，构建速度，成本，准确性和后处理问题发挥了更大的作用。此外，卷是一个关键因素。低批量应用是添加剂制造应用的伟大候选者。“
“最理想的[应用]是您可以使用15到20个零件的产品，并将它们与一个[装配]结合在一起，”哈里斯公司的坎贝尔添加了一个[装配]。“[通过3D打印]，您可以控制质量。非常复杂的零件，例如具有不可能的空腔的设计是理想的。“
新工具，新思维
无论要打印哪种类型的航空航天部件，工程师都必须重新设计和重新思考关键问题，如联合设计。
“工程师应该用添加剂制造重新考虑他们的设计，”Altair Engineering的Joursysyyyy“。“当您采取机加工或铸件并简单地用3D打印复制时，您无法利用该技术。”
“传统上，工程师被教导了如何设计易于制造的零件，”坎贝尔加盖。“随着新的添加剂制造范式，这是一种障碍。
“在过去，良好的设计被认为是简单易于机器的，”坎贝尔指出。“螺栓有多个部件。随着添加剂制造，复杂性没有限制。但是，培训很重要。
坎贝尔解释说:“为了解决这个问题，我们购买了一套软件，可以使用增材制造工具来优化零部件。“我们正在努力提高人们对(这项技术)能力的认识。
“添加剂制造的最大偏移是能够控制材料的性质和零件的强度，”坎贝尔说。“部分的结束一致性会有所不同。这是[用于采用这项技术的航空航天应用的最大障碍]，部分失败不是一种选择。“
卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)机械工程教授、NextManufacturing中心(NextManufacturing Center)主任杰克·博乌斯(Jack Beuth)博士说:“对工程师来说，最大的挑战是开始更开放地思考几何设计。”“通过增材制造，增加的几何复杂性不会增加成本，而且你不必在不需要的地方使用材料(在不携带显著应力的地方)。
“优化的部件设计可以倾向于采用有机形状，可以是空心的或可以由零件中心区域中具有3D蜂窝网的外壳组成，”Beuth指出。“该网格可以具有高强度和刚度，但比固体部分更轻。
“我已经看到了一种类似的情况，在教授我们的本科添加剂制造过程中，包括产品设计项目，”祝福说。“即使是年轻人，开放式[工程师]倾向于设计看起来笨重的产品，直线和简单的形状。这就是他们见过的一切。他们必须接受培训，以允许和利用几何复杂性。“
添加剂过程
航空航天工程师正在使用几种不同的添加剂制造工艺来将他们的想法变为现实。选项包括直接金属激光烧结（DMLS），电子束添加剂制造（EBM），融合沉积建模（FDM），选择性激光熔化（SLM）和选择性激光烧结（SLS）。
DMLS用高瓦数激光器熔化粉状金属和合金材料，以生产强大的金属部件。它可以生产与加工或铸件相当的最终用品。
EBM受到许多航空航天制造商的青睐。是生产因科乃尔、钽、钛等高价值金属的大型近净形零件的理想选择。
FDM采用工程热塑性塑料。它使得几乎任何尺寸的组件都可以产生，因为没有预定的空间要求来构成任何限制。
使用SLM，逐步扫描逐步的激光辐射，横跨粉末金属床。激光沿粉末的表面横向横向于部件的形式。无论激光接触粉末，金属粉末都立即熔化，然后凝固以形成固体质量，因为该组分由层构成层。
SLS使用二极管泵浦光纤激光器，使工程师能够加工更高的熔融点合金，以及反应性合金，例如铝和钛。它是制造具有复杂几何形状的部件的理想选择，例如管道和空气处理部件，其不能通过传统的制造方法制造。
在材料方面，工程师有几种直接金属印刷选项，包括铝合金;钴铬合金;镍超合金，如718和625;和钛合金，如Ti6al4V。而且，新材料即将推出，如钨。
根据IDTechEx的数据，金属是3D打印中增长最快的部分，打印机销售每年增长48%，材料销售每年增长32%。
对高温聚合物的需求，例如聚醚醚酮，将来会继续生长。但是，对于航空航天应用，与金属相比，它将是一个较小的市场。聚醚酰亚胺是一种用于FDM应用的流行材料，因为工程师可以生产满足FAA设定的火焰，烟雾和毒性要求的零件。
极高的应用
航空航天工业中添加剂制造应用的圣杯是一架完全由3D印刷零件制成的人类驾驶飞机。这不太可能随时发生。然而，这对于无人机和航天器来说是一个不同的故事。
在最近的迪拜航展上，奥罗拉飞行科学公司(Aurora Flight Sciences Corp.)推出了一款喷气动力无人机(UAV)，该无人机80%的设计和制造都使用了3d打印的零部件。这款无人机重33磅，翼展9英尺宽，飞行时速超过150英里。
“我们的主要目标是向航空航天业展示，从设计到制造再到3d打印飞机的飞行，有多快，”奥罗拉飞行科学公司(Aurora Flight Sciences)的航空研究工程师丹•坎贝尔(Dan Campbell)表示。“据我们所知，这是迄今为止最大、最快、最复杂的3d打印无人机。
“添加剂制造提供了设计优化，产生了僵硬，轻质结构，没有传统制造方法的常见限制，”坎贝尔解释。“这也使得在没有低批量生产的成本限制的情况下实现了定制，特定的特定车辆的成本效益开发。”
Scott Sevcik补充道:“这完美地展示了增材制造可以为航空航天带来的独特能力。”“这意味着在一架飞机上使用不同的3d打印材料和技术，最大限度地提高增材制造的效益，并打印轻量级和高性能的结构部件。”
两个广泛的通用航空航天应用涉及喷气发动机，将用于下一代单极道喷射机。Pratt＆Whitney在其PurePower PW1500G发动机中提供3D印刷零件，这将为新的空中客车A320NE供电。工程师使用添加剂制造技术生产空气价值的零件，如压缩机定子和同步环支架。
此外，其主要竞争对手通用航空(GE Aviation)最近开始对LEAP发动机进行飞行测试，该发动机包含19个打印燃料喷嘴。这款节能发动机将为波音新款737MAX提供动力。
美国宇航局的Marshall Space Flight Centre的工程师也使用添加剂制造技术来构建注射器燃料喷嘴，这些燃料喷嘴将用于其空间发射系统程序。由于3D打印，他们能够比传统制造工艺更快地建造火箭喷射器15倍。
工程师们还能够将163个独立部件合并成两个单元。零件在10天内打印出来;通过传统的制造方法，它们通常需要6到9个月的时间来建造。
戏剧性的部分整合工作还消除了焊接，机器，铸造或粘合的需要将163份粘合在一起，以创建注射器。使用DMLS建造，注射器已经通过了热火，静态和剧烈的机械性能测试。
Aerojet Rocketdyne最近生产了12种瘾地制造的生产喷嘴延伸，用于使用猎户座船只船只，将有一天将人类带到火星。喷嘴扩展是该公司为洛克希德Martin Corp.和Nasa建造的机组模块反应控制系统的一部分。
反应控制系统为猎户座乘员舱提供了在与服务舱分离后控制其航向的能力。此外，在猎户座重新进入地球大气层期间，它确保隔热层正确定向，乘员舱在降落伞下是稳定的，飞行器处于正确的溅落方向。
在仅仅三周内，在单个添加剂制造机上生产了12个喷嘴，与传统的制造技术相比，在单一的添加剂制造机上产生了大约40％的生产时间，“Aerojet Rocketdyne的先进发射车辆推进主任Jay Littles说。
洛克希德·马丁空间系统公司的工程师们也在利用增材制造的力量来简化组装过程。“我们的目标是在18个月内建造一颗卫星，而不是传统的36到48个月的时间框架，”洛克希德·马丁空间系统公司生产副总裁丹尼斯·利特尔解释说。“我们目前正在对技术进行审查，以确保燃料推进箱等部件能够承受发射和进入太空的恶劣环境。
利特尔指出:“我们最近还印制了一个铝制的航空电子盒，里面装着抗辐射的电子产品。”“通过减少接头的数量，我们大大简化了组装。
利特尔补充说:“传统上，一个盒子需要5个独立的部件用螺栓和螺丝固定在一起，这个盒子可能有一个小冰箱那么大，包含132个紧固件。”“通过使用3D打印，我们可以显著减少重量和生产时间。
“我们的长期目标是打印整个卫星，”很少说。“希望，这将在未来十年内的某个时间发生。”
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