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航空航天增材制造的商業(yè)化之路：制定公共標(biāo)準(zhǔn)是“催化劑”

時間：2024-09-24 09:47 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
       導(dǎo)讀：眾所周知，商業(yè)航空業(yè)對把握風(fēng)險的要求非常高。軍事和太空系統(tǒng)則不然。在 1940 年至 1970 年的技術(shù)革命時代，航空航天引領(lǐng)了各種新型材料和制造系統(tǒng)的發(fā)展。例子包括鈦、高溫合金、單晶熔模鑄造、等溫模鍛、真空電弧重熔，甚至碳纖維復(fù)合材料的商業(yè)化。每一項都需要大量的經(jīng)驗證實。這些材料鑒定測試成本高昂，進(jìn)展緩慢——開發(fā)一種新型航空航天合金的成本可能在 200 萬至 1000 萬美元之間，耗時長達(dá) 10 年。因此，有人認(rèn)為，航空航天增材制造 (AM) 的商業(yè)化進(jìn)程已經(jīng)落后，但這是有充分理由的。本文討論了公共共識標(biāo)準(zhǔn)在促進(jìn)這一進(jìn)程中的重要作用。
自 20 世紀(jì) 80 年代以來，西方政府在商業(yè)研發(fā) (R&D) 中的作用逐漸減弱。政府資助的工業(yè)實驗室規(guī)模不斷縮小，監(jiān)管機(jī)構(gòu)似乎更注重消費(fèi)者保護(hù)而非研發(fā)。大學(xué)參與和公共共識標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組織 (SDO) 的努力彌補(bǔ)了部分研究不足和知識產(chǎn)權(quán) (IP) 轉(zhuǎn)讓。除了監(jiān)管支持外，美國和歐洲的各 SDO 在全球 AM 工業(yè)化中發(fā)揮了重要作用。
      SDO 有助于確保產(chǎn)品質(zhì)量和安全。此外，它們通常有助于提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)全球供應(yīng)鏈完整性并降低總體項目成本。這些共識文件最終有助于降低在航空航天等風(fēng)險規(guī)避行業(yè)采用新材料系統(tǒng)的風(fēng)險。增材制造也不例外。

知識產(chǎn)權(quán)導(dǎo)航
     金屬增材制造（AM）——尤其是粉末床熔合 (PBF)——本質(zhì)上很復(fù)雜。成功應(yīng)用于關(guān)鍵應(yīng)用需要公共和私人利益相關(guān)者之間的合作。除了公開的設(shè)計手冊外，共識標(biāo)準(zhǔn)對這一過程也至關(guān)重要。理論上，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該提供足夠靈活但強(qiáng)大的框架，以確保以較低的成本保持一致的質(zhì)量和工藝效率。然而，制定高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的過程并非易事。

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公共共識標(biāo)準(zhǔn)要求原始設(shè)備制造商 (OEM)（通常控制設(shè)計）與其供應(yīng)商之間共享一定數(shù)量的 IP。蓬勃發(fā)展的增材制造“服務(wù)機(jī)構(gòu)”也提供了重要的視角。這些小型企業(yè)中的許多都擁有打印參數(shù)開發(fā)、構(gòu)建布局最大化和零件制造設(shè)計 (DfM) 優(yōu)化方面的獨特機(jī)構(gòu)知識。

共識標(biāo)準(zhǔn)制定流程力求平衡這些不同利益相關(guān)者的資源和優(yōu)先事項。大型 OEM 及其主要供應(yīng)合作伙伴（即一級供應(yīng)商和超級二級供應(yīng)商）擁有充足的資源（合格的人員、設(shè)備和程序），而較小的組織（即服務(wù)機(jī)構(gòu)和三級機(jī)械車間）通常缺乏規(guī)模和認(rèn)證相關(guān)的專業(yè)知識。在管理復(fù)雜的工作包時，這可能是一項重大挑戰(zhàn)。一個類比是傳統(tǒng)的“按規(guī)格制造”與“按圖制造”招標(biāo)——通常缺乏工程深度，較小的公司往往更喜歡后者，即更具規(guī)范性的合同。

公開參考文獻(xiàn)

航空業(yè)至少有兩種公共機(jī)制來促進(jìn)新材料系統(tǒng)的采用——設(shè)計手冊和共識標(biāo)準(zhǔn)。兩者都定期支持聯(lián)邦法規(guī)。

20 世紀(jì) 30 年代末，美國軍方發(fā)布了金屬手冊，最終被稱為《金屬材料性能開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化/Metallic Materials PropertiesDevelopment and Standardization》（MMPDS，https://www.sae.org/publications/books/content/b-991/），以及聚合物/復(fù)合材料手冊/CompositeMaterials Handbook （CMH-17，https://www.sae.org/publications/books/content/r-540.set6/）。目標(biāo)是讓這些指南成為飛機(jī)材料可接受性能的唯一來源。這兩本書已成為軍用和民用飛機(jī)及發(fā)動機(jī)不可或缺的參考資料。這些書籍定期更新，并提供材料的“允許值”（即性能），這些“允許值”與腐蝕和溫度效應(yīng)等影響因素一起用于計算結(jié)構(gòu)的安全裕度。這是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵過程。


      基于共識的標(biāo)準(zhǔn)是對這些手冊中提供的數(shù)據(jù)的補(bǔ)充。對于增材制造，標(biāo)準(zhǔn)涉及零件生產(chǎn)過程的關(guān)鍵方面，從初始材料處理和材料及工藝控制參數(shù)到零件無損評估 (NDE) 和零件鑒定/認(rèn)證。
      從歷史上看，SDO 是工程協(xié)會，它們響應(yīng)了持續(xù)而廣泛的在競爭前發(fā)布技術(shù)信息的需求。有幾家相關(guān)的全球 SDO 參與增材制造。SAE International就是一個例子。自 2015 年增材制造材料委員會成立以來，它已經(jīng)發(fā)布了 38 份文件，另有 50 份文件正在制定中，重點放在資格認(rèn)證上，以支持全球航空航天業(yè)采用增材制造。

(責(zé)任編輯：admin)

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