航空航天領(lǐng)域?qū)|(zhì)量的追求貫穿全產(chǎn)業(yè)鏈，其核心支撐在于對(duì)精度、安全性及可靠性的嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)。隨著航空客運(yùn)量持續(xù)增長(zhǎng)及全球減碳?jí)毫觿?，制造商需?1世紀(jì)航空需求下實(shí)現(xiàn)更輕量化部件的制造，同時(shí)嚴(yán)格遵循認(rèn)證規(guī)范。盡管無(wú)捷徑可循，行業(yè)正通過(guò)創(chuàng)新工藝在更短時(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)迭代與生產(chǎn)，推動(dòng)輕量化部件的規(guī)模化應(yīng)用。

    輕量化需求驅(qū)動(dòng)工藝革新

    飛機(jī)部件的減重需求促使制造商探索先進(jìn)復(fù)合材料與增材制造（AM）等新工藝。然而，任何新型設(shè)計(jì)均需通過(guò)嚴(yán)格的航空認(rèn)證流程，傳統(tǒng)認(rèn)證方式依賴企業(yè)自有工作流，耗時(shí)數(shù)月且需反復(fù)修正錯(cuò)誤。隨著工程與生產(chǎn)技術(shù)的演進(jìn)，簡(jiǎn)化認(rèn)證流程已成為行業(yè)必然訴求。

    增材制造的核心挑戰(zhàn)與應(yīng)對(duì)

    為應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，航空航天制造商正通過(guò)增材制造技術(shù)，利用多種材料（包括先進(jìn)復(fù)合材料）生產(chǎn)傳統(tǒng)工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)的輕量化部件。該技術(shù)顯著減少材料浪費(fèi)與制造能耗，同時(shí)通過(guò)生成式設(shè)計(jì)方法重構(gòu)工程師的設(shè)計(jì)思維——突破既有結(jié)構(gòu)形態(tài)的束縛，通過(guò)虛擬模擬優(yōu)化部件性能，大幅降低物理試驗(yàn)頻次與原材料消耗。

    生成式設(shè)計(jì)已從生成數(shù)千種CAD方案的初級(jí)階段，演變?yōu)楣こ?智能副駕"：基于負(fù)載、設(shè)計(jì)包絡(luò)線及強(qiáng)度/剛度目標(biāo)，快速輸出滿足工程性能的輕量化方案。

    生成式設(shè)計(jì)的性能突破

    典型案例來(lái)自?？怂箍禐門(mén)esat-Spacecom與TRUMPF設(shè)計(jì)的衛(wèi)星支架。在該高精度應(yīng)用中，每增加1公斤重量將顯著推高太空運(yùn)輸成本。通過(guò)生成式設(shè)計(jì)重構(gòu)支架幾何形態(tài)，結(jié)合工藝模擬補(bǔ)償粉末床熔融（PBF）過(guò)程中的熱力學(xué)問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)重量減輕55%、剛度提升79%的突破。

    虛擬打印技術(shù)（如賽峰集團(tuán)采用的SimufactAdditive）可模擬增材制造全流程，減少物理迭代次數(shù)。工程師僅需在計(jì)算機(jī)中驗(yàn)證設(shè)計(jì)，失敗時(shí)直接調(diào)整參數(shù)，直至工藝穩(wěn)定。

    復(fù)合材料的模擬與認(rèn)證突破

    復(fù)合材料的各向異性特性雖帶來(lái)輕量化潛力，但其微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的性能復(fù)雜性，對(duì)預(yù)測(cè)零件實(shí)際工況表現(xiàn)提出挑戰(zhàn)。Hexagon與Stratasys的合作解決了這一難題：通過(guò)提供航空航天級(jí)材料的詳細(xì)模型及打印機(jī)工具路徑數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)工程師可精準(zhǔn)模擬復(fù)合材料3D打印部件的性能，推動(dòng)聚合物增材制造進(jìn)入高監(jiān)管領(lǐng)域。

    結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）工具，工程團(tuán)隊(duì)可自信地將金屬部件替換為輕量化復(fù)合材料部件，充分發(fā)揮增強(qiáng)聚合物的性能優(yōu)勢(shì)，避免過(guò)度設(shè)計(jì)與材料冗余。

    增材制造的未來(lái)方向與協(xié)作創(chuàng)新

    增材制造在航空發(fā)動(dòng)機(jī)等高度優(yōu)化部件的應(yīng)用持續(xù)擴(kuò)展，其與設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)及工程師的深度整合成為關(guān)鍵。通過(guò)設(shè)計(jì)制造一體化（DfAM）流程，工程師可同步優(yōu)化零件拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、生成仿生幾何所需的支撐結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行工藝調(diào)整與變形補(bǔ)償，最終加速飛行認(rèn)證進(jìn)程。

    為進(jìn)一步推動(dòng)航空航天增材制造的落地，制造商需加強(qiáng)全鏈條數(shù)據(jù)與人員的協(xié)同——整合上下游資源，驗(yàn)證設(shè)計(jì)可行性，確保部件滿足工藝保證與可重復(fù)性要求。新型協(xié)作數(shù)字平臺(tái)（如Nexus）通過(guò)連接有限元分析、過(guò)程分析與可追溯性模塊，為工程團(tuán)隊(duì)提供一體化解決方案，助力制造商快速完成工程驗(yàn)證與流程優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)"一次成功"的目標(biāo)，大幅縮短認(rèn)證周期并節(jié)約資源。

    隨著材料行為模擬技術(shù)的成熟，航空航天制造商正從增材制造中獲益，在滿足嚴(yán)苛監(jiān)管要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)輕量化與可持續(xù)性的雙重目標(biāo)。