航空航天：Sogeti - 用于全新 A350 XWB 的增材制造技术
A350 XWB 线束支架 - 从设计到成品组件仅用两周
一架全新的商用飞机第一次飞向天空总有其特殊的意义 - 对于 Airbus A350 XWB 更是如此。作为划时 代的产品,从设计之初其开发工作明显侧重于材料和生产工艺的创新 - 目标不仅仅是打造世界上最有 效率的飞机。增材制造作为面向未来的技术,在开发过程中需要充分考虑。作为测试项目的一部分, 来自 Sogeti High Tech 的专家以创纪录的速度成功地为客机垂直稳定翼的前翼梁开发了一种线束支架, 从初始草图到最终成品只用了两周时间。EOS 的技术和专业知识是这一开发过程的关键因素。
面临的挑战
该项目专门生产用于最新 Airbus 机型的电缆布线支架。该支架用 于垂直稳定翼上摄像头的供电和 数据传输,使乘客能够看到机舱 外部的景象,并为飞行员指引地 面方向。产品需求文档要求组件 功能正常并适合批量生产。这项 任务被委托给 Sogeti High Tech, Cap Gemini S.A. 的全资子公司 (巴黎证券交易所上市公司)。
任务面临的最大挑战是 - 交货时 间只有短短的两周。整个开发过 程必须在此时间段内完成:通过 对零部件和当前安装的分析,进 行拓扑优化以及成品的参数设计 和生产。支架还需要使用尽可能 少的支撑结构,以避免后期处 理。另外,组件的规格要求集成 卡入式电缆固定件、减轻重量, 并符合后续航空工业认证的严格 要求。
传统方式生产的组件由成型的金 属片材零部件和许多铆钉组成, 总共超过 30 个单独零部件。上 部的插头连接器由塑料制成,使 用的材料与支架的其他零部件不 同。目标是开发一个集成式解决 方案,包括插头连接器在内的单 一零部件,这样能够大大减少构 造和安装时间。通过基于拓扑优 化的参数研究来确定增材制造的 减重目标。
采用增材制造技术进行一体化 设计的尾架将零部件数量从 30 个 减少到 1 个。(来源:Sogeti)
对于这个新组件,Sogeti High Tech 采用经过实践验证的开发过程, 用于设计增材制造零部件。该项 目首先根据即将采用的制造过程,对现有的传统方式生产的组 件进行分析,结果非常乐观。针 对该组件的功能、材料和原来复 杂的结构,EOS 基于粉末床的 3D 打印技术是理想选择。借助该技 术提供的设计自由度,复杂结构 可以通过单个零件实现,这意味 减轻重量的同时不影响其功能。
我们可以通过该分析来定义设计 空间 - 线束支架所占据的空间。 铝合金 AlSi10Mg 是薄壁复杂结构 的理想选择。与外部区域的接口 保持不变,形成了非设计空间, 意味着不需要对其进行任何更 改。将定义的负载作为参数研究 中拓扑优化的边界条件,为新设 计提供依据。
按照惯例,将 CAE 软件用于拓扑 优化计算;相比之下,设计结构 时使用了专用的解决方案,将自由曲面用于重新设计。Sogeti High Tech 独立完成设计。为了满足两 周的交付周期,EOS 使用 EOSPRINT 软件,计算出拓扑优化后的打印
时间,并进行参数优化。从而以 CAE 呈现制造的零部件,同时还 兼顾制造过程的可能性和局限性 以及避免支撑结构。“除了出色 的硬件外,EOS 还提供全面的专 业知识,使增材制造的零部件顺 利面世 - 我们非常满意。”Sogeti High Tech 增材制造产品负责人 Carlos Ribeiro Simoes 说。
成果
通过 Sogeti 和 EOS 之间的合作, 我们开发出针对增材制造优化的零部件,充分利用 DMLS 技术所提供的设计自由度,同时兼顾其限制因素。这样就可以将电缆布 线的插头连接器集成到设计中, 对特定关键区域进行局部加强, 从而优化结构。组件内的自支撑孔隙和支柱可以稳定当前结构并 将后期处理成本降至最低此外,无论何时需要,都可以极 快的速度生产支架。在 EOS M 400 上以 90μm 的层厚度进行制造时 只需要 19 个小时,而无需 70天。这等于生产时间减少了 90% 以上。主要归功于许多单独的步骤和之前的 30 个零部件已经集成在一个中央组件中,现在仅需一步即可进行生产。此外,不再需要对各个零部件进行构造,也无需库存,这就节省了大量的费 用。整个装配件的存储现在也非 常简单。
Sogeti 生产和开发环节节省了大 量的时间。从初始草图到最终组件完成的整个过程只需要两个星期。这个交货时间非常惊人。同时,该设计减轻了可观的重量。 传统制造的零部件重达 452 克, 而增材制造的线束支架重仅 317 克 - 众所周知,航空业千方百计减轻每一克重量,以便将燃油消耗降至最低。Airbus 对此结果非常满意。
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