减少航空航天结构件的碳足迹
未来十年，航空航天制造商面临的任务是尽一切可能减少飞机生命周期内的温室气体排放。"英国先进制造研究中心（AMRC）的斯图尔特-道森（Stuart Dawson）预测说："航空航天业将成为真正的焦点，因为陆上运输的去碳化进程将相当迅速。未来十年，航空航天制造商面临的任务是尽一切可能减少飞机生命周期内的温室气体排放。
"英国先进制造研究中心（AMRC）的斯图尔特-道森（Stuart Dawson）预测说："航空航天业将成为真正的焦点，因为陆上运输的去碳化进程将相当迅速。
英国航空航天制造商贸易机构 ADS 预计，到 2050 年，随着航空交通量的增长以及汽车和卡车排放量的大幅减少，航空航天将成为污染最严重的运输行业。
在制造航空结构部件时，减少生命周期内的排放量很可能会迫使人们停止用实心木块铣削部件，并最终意味着向所谓的 "循环型工厂 "转变。
航空航天制造商及其供应商历来通过关注工厂内的能源使用来减少排放。但高价值制造 Catapult 去年进行的一项详细生命周期分析发现，工厂本身的贡献几乎微不足道。
研究人员利用从英国最大的几家航空航天制造商那里收集到的数据发现，一架成品飞机所体现的能源有 90% 以上都包含在材料中，甚至还没有到达工厂门口。
"负责未来推进和可持续制造以及氢能的道森认为："这一直是整个行业的一个巨大盲点。
"航空航天制造商非常注重工厂内部的能源效率。但分析表明，这并不是你的工作重点。
钛、铝和碳纤维是大多数航空航天结构部件的主要材料，这些材料都是高能耗的，尤其是钛，通常是在俄罗斯、哈萨克斯坦和中国等国家生产的，这些国家的煤炭和天然气是这种材料主要的生产能源。
由于飞机在飞行过程中燃烧的喷气燃料所产生的废气排放量是其制造过程中产生的废气排放量的 100 倍，因此材料的低重量足以抵消制造过程中产生的废气排放量。
但是，这些材料在生产过程中还是会排放大量废气。为了减少这些排放，道森认为制造商需要集中精力提高 "购买与飞行比率"，即购买的钛、铝和碳纤维最终用于飞机成品的比例。
采用目前的减材制造技术，用于制造典型结构部件的多达 90% 的铝和 75% 的钛被简单地铣去。
"道森解释说："生产一公斤钛需要 800 兆焦耳的能量，如果你的制造工艺中购买与飞行的比例是四比一，那么你就直接把 600 兆焦耳的能量扔进了废料箱。
要避免这种情况，就必须采用所谓的近净成形制造技术，如结构铸造和批量快速成型制造。
如今，发动机塔架等结构部件都是通过锻造技术生产出来的，即先将金属加热至具有延展性，挤压成所需形状的近似值，然后进行铣削。
直到最近几年，新的加速冷却铸造技术才使钛铸件的生产成为可能，其强度足以用于航空结构应用。
这包括在铸件上通冷氩气，使部件充分快速冷却，以防止形成大晶粒，否则会降低其断裂韧性。
"防止晶粒长大的加速冷却技术将使结构铸件在机械性能上与锻件相比更具竞争力"。
监管机构尚未认证通过 "批量增材制造"（3D 打印的重型版本）生产的部件可以安全飞行，不过道森认为，线弧增材制造（Wire Arc Additive Manufacturing，简称 WAAM）的工作原理类似于连续焊接工艺，很快就能向监管机构证明可以满足所需的机械性能和在役性能。
"它肯定会出现，很多大公司都在这方面投入了大量的时间和精力，因为达到近净的要求势在必行。"
制造技术的转变将减少所需的铣削量，但会使剩下的工作变得更加复杂。
近净成形铸造或批量快速成型制造工艺产生的产品表面和形状的可预测性将低于实体加工，因此在铣削之前可能需要对每件产品进行单独评估。这可以由工程师或使用自动触发探针的机器来完成。
工件的硬度也可能较低，更容易振动，从而导致夹具问题。最后，这些工件的表面纹理可能不均匀，需要在精加工时进行修正。
因此，该行业更有必要采取行动，克服技术工人日益短缺的问题。
"Dawson 认为："过去，机床操作员需要的是工艺级技能，而现在则更趋向于技师级技能。"解决这一问题的方法之一是提高自动化水平，并尝试通过这种方式来克服技能不足的问题"。
但他认为，各国政府也应采取干预措施，增加熟练技师和工程师的供应，如果政府不这样做，大型航空航天公司就应该自己出面。
除了近净成形制造外，减少航空零部件内含能源的另一个方法是使用回收材料。再生铝和钛的能量分别只有原生金属的十分之一和三分之一。
在未来中期，这可能意味着飞机制造商而不是飞机所有者可能要负责飞机报废后的拆解和回收。
道森设想的 "循环工厂 "将组装与拆卸、去制造和回收结合在一起。
这可能意味着亚利桑那州沙漠中的飞机 "停放场 "的终结，美国空军和几家美国航空公司仍在使用这些 "停放场 "存放即将报废的飞机。
"他说："想象一下，成千上万架飞机的高价值材料在沙漠中腐烂所蕴含的能量。"不回收和循环利用这些材料在过去可能在经济上是可以接受的，但在未来是不可接受的。
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