3D打印复杂钛合金镶件:挑战传统加工手段地位

航天发射过程中，将每公斤物品送入卫星轨道的费用约为20,000美元，节省每一克都有助于提高空间探索的效率。Materialise与全球数字服务厂商Atos的工程部门共同合作，重新开发了一个广泛应用于卫星的钛合金镶件。在设计或制造航天器部件时，最大的挑战就是在不牺牲部件强度或性能的前提下优化重量。钛合金镶件广泛用于航空航天领域，在卫星等结构中用于传递高机械载荷。凭借精巧的优化设计并通过金属3D打印，新型钛合金镶件重量仅为原来的三分之一，性能也得到了改进。

镶件置入夹层板结构

钛合金镶件通常用来将其他设备与卫星连接起来，这样的镶件承受很高的负载，需要提升起又大又重的结构。这意味着它们必须具备很高的强度重量比，具有很高的强度和刚性，同时重量又必须非常轻。这些镶件被置入在航空航天结构中很常见的复合结构夹层板里，通过与夹层板的结合将载荷转移。

传统镶件通常采用铝合金或钛合金通过机加工制造，其砖块形状的内部完全是实体，质量很高。除了材料的高成本之外，重型部件还会增加每次发射时航天器的运营成本，金属3D打印为航天结构件减重提供了契机。

利用3D打印优化设计

工程师面临着改变传统思维的挑战。这个设计旨在满足从概念阶段到制造阶段的所有要求。Atos依靠在航空航天工程和结构仿真方面的专业知识，从内到外设计了这个新型部件，提高了其整体性能。

通过3D打印，物体的内部空间可以采用中空或轻量化结构设计。Materialise和Atos的工程师从减少部件内部的材料使用量入手，研发团队采用拓扑优化和晶格结构设计等先进技术，将镶件质量从1454克减少到500克。

除了减轻重量外，团队还解决了原始设计中的热弹性应力问题。由于这些镶件在碳纤维增强聚合物夹板固化过程中已经被安装，因此会受到热弹性应力。优化设计降低了这些应力带来的影响改善了载荷分布，延长了镶件的使用寿命。
不莱梅Materialise金属3D打印工厂负责制作了新设计的两个钛合金(TiAl6V4)镶件。金属3D 打印已经证明其在航空领域的巨大潜力，之前没有任何手段可以达到如此之快的交付时间。

Atos西班牙机械工程总监这样评价:"减轻重量将有助于提高卫星设备的有效载荷，并大量节省每次的发射成本。正是由于在如此短的时间内，在金属增材制造领域创造出这种高度复杂的产品，使得Atos和Materialise成为金属3D打印解决方案供应商中的佼佼者。"

从过往的案例我们可以看出，materialise几乎渗透进入各种应用领域，不断挑战传统加工手段的地位，不断开拓3D打印在传统制造业中的深刻应用，推进变革，推动3D打印的发展。到目前看来，materialise只有一个。