看空客如何探索用3D列印來加強飛機機身結構部件

現代飛機的機身外殼由剛性框架和蒙皮組成，剛性框架通常包括根據機身橫截面的形狀彎曲成圓周方向的一系列框架和連接到框架的多個縱向縱梁組成。而隨著 3D 列印技術的發展，在優化這些剛性框架的重量與剛性方面有了新的探索空間。

典型的機身在縱向上被分成所謂的框架站，每個框架站包含一個由幾個框架段構成的框架。通常， 4 到 8 個這樣的框架段在圓周方向上連接在一起以形成一個框架。存在具有不同橫截面形狀的各種類型的框架，通常這些框架在輥軋成形工藝中由金屬板形成。空客的一個構思是形成在某種程度上以開放的網狀結構為特徵的結構部件，以成本有效的方式減小通用結構部件的重量，同時保持部件的足夠剛性。至少一個加強部分為剛性網格部分，而至少一個加強部分形成為實心部分。

利用現代計算方法，例如拓撲優化，可以預先確定結構部件的預期應力載荷，並且結果可以用於優化實心部分和網格部分的配置，以實現剛度與重量的最佳平衡。

除了碳纖維增強複合材料，結構部件可以基本上由鋁或鈦形成。鋁合金由於其耐用性和可靠性而廣泛用于飛機製造中。鈦或鈦合金具有高耐溫性和耐腐蝕性，並且與其他金屬相比，儘管密度相對較低，但具有高強度。因此，在飛機或航天器的高應力部件的情況下使用鈦或鈦合金比較普遍。 當然可以使用鈦合金和鋁合金的組合，例如實心部分可以由鈦合金形成，而網狀可以由便宜得多的鋁合金製成。

而在設計過程中，根據預定應力載荷進行應力計算之後，可以使用拓撲優化或類似方法來優化結構部件。因此，對於給定的一組設計要求，可以找到最佳部件設計布局，然後通過 3D 列印的工藝來製造完成。

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