复合材料在航空航天制造中的兴起
通过深入了解碳纤维复合材料和镍基高温合金等先进材料、增材制造的兴起以及可持续性的重要性，探索航空航天制造的未来。了解持续教育和研发在推动创新中的关键作用。未来几年，大量新材料将改变飞机制造的面貌。但是，它们对加工和刀具行业意味着什么，现在需要采取哪些措施来跟上变化的速度？
全球航空航天业已从不可避免的疫情放缓中强劲反弹。需求每年增长约 4-5%，预计未来二十年将持续增长。为了满足这一需求，并与 2050 年的净零排放目标保持一致，制造商和供应商需要寻找新材料、更广泛的合作和更有效的工作方式，英国山高刀具的学术负责人 Mark Walsh 说。
“我从事航空航天制造已经很长时间了，我曾经说过，你应该永远思考未来 30 或 40 年的技术进步会是什么。但是，您永远无法真正确定。现在有许多不同的材料机会，我们看到在飞机发动机部件中引入我们以前从未考虑过的材料。
复合材料的作用
碳纤维增强塑料 （CFRP） 等先进复合材料就是一个很好的例子。由于复合材料具有高强度重量比，因此在航空航天领域越来越普遍，大约 50% 的现代飞机结构（如空客 A350 和波音 787 梦想客机）由 CFRP 制成。
“我认为碳纤维复合材料是未来，尤其是在超音速飞行中，”山高负责全球工程教育的 David Morr 说。“这项技术令人难以置信。唯一反对的是可持续性方面，因为它们不容易回收，而且一旦使用过，它们往往会进入垃圾填埋场。但我们已经在投资回收，寻找具有成本效益的大规模回收方法是当务之急，“他说。
这凸显了航空航天工业中许多新型复合材料的一个问题。虽然每种方法都有优势，但往往在采购、成本、加工或回收方面需要克服挑战。
由于减轻重量是主要工业重点，铝合金（如 7178-T6 和 7079-T6）坚固、重量轻、相对便宜且加工速度快。然而，由于熔点低于许多其他结构金属，它们可能不适合高温应用，而且铝的相对柔软性意味着它无法承受那么多的磨损。
高强度钢具有卓越的强度和抗冲击性，但可能难以加工。不锈钢也是如此，它们在航空航天应用中的使用较少。
钛合金，如 Ti-6Al-4V，对其强度重量比和耐腐蚀性也至关重要，但供应受到持续的地缘政治问题的严重影响。
随着可持续发展成为行业议程的重中之重，主要用于飞机发动机涡轮部分的镍基超级合金可能会提高燃油效率和发动机整体性能，并且在推动可持续航空燃料发展方面至关重要。
新方法
航空航天工业中新型复合材料的激增意味着加工和工具加工的方法也必须不断发展。David Morr 相信 3D 打印和增材制造 （AM） 将发挥越来越大的作用，特别是考虑到事实证明，它的引入比人们担心的要顺利。
“我曾经与澳大利亚国防材料技术中心 （DMTC） 合作，作为研究未来材料的合作团队的一员。当时很多讨论都是关于 3D 打印的，我们认为这将是一个挑战。但最终它更容易加工，因为它都是 PM（粉末冶金）材料。工件材料的质量消除了结构内的任何变化，从而实现了一致的加工过程，没有任何变化，“他回忆道。“我们需要考虑的概念是这些材料将如何加工，它们将具有哪些功能，以及我们可能需要什么样的开箱即用的思维来实现这些目标。”
Mark Walsh 同意航空航天领域的增材制造将继续增长，尽管他认为，我们在航空航天制造中的敏感部件中看到增材制造的那一天还有一段路要走。“在我看来，我们可能还需要 10 到 15 年的时间，”他说。
Morr 提出的航空航天工程的另一个可能发展是最终的两级制造业。
“随着全球航空业的潜在增长，我们如何为未来制造飞机的整个概念可能会完全改变，”他说。“例如，对于头等舱和希望尽快旅行的公司，可能会专注于超音速飞机。除此之外，我们可能会使用我们今天已经拥有的东西，但要有更好的燃油效率发动机、更多的可回收内容和更多的 3D 打印物品。
然而，无论该行业如何发展，持续的教育和培训对于使劳动力具备驾驭航空航天制造未来所需的技能至关重要。
“我们必须总体上增加培训，这也会影响技能提升。我认为必须有一种 “相互握手”的方式，我们都互相教导。我们需要投资于大学，然后说'嘿，我们看到了未来的技术，我们想参与你的研发，我们会在研发阶段赞助你。作为回报，你会看到最前沿发生的事情，'“Morr 说。
Morr 表示，随着 AI 在工业中的影响力越来越大，机械师的角色也可能会发生变化，他认为未来机械工程师和机器人工程师将成为下一代机械师。他认为，从长远来看，这将降低总体成本。
三管齐下的展望
Mark Walsh 表示，财务底线今天仍然推动着如此多的业务，将越来越成为未来航空航天制造的三大考虑因素之一。
“你所做的工作会产生经济影响、环境影响和社会影响。就制造而言，这是一种相对较新的思维方式，但我认为它将成为设计工艺和材料的基石。考虑新材料的循环设计将成为常态，使我们能够尽可能多地回收、再利用和再循环材料，以减少我们流程中的浪费。
新时代
需求旺盛，航空业对未来持乐观态度。从材料和研发到投资和教育，原始设备制造商和航空航天制造业可以自信地向前迈进，因为他们知道，虽然供应链可能仍然是一个挑战，但正确的构建模块已经到位，可以反映这种信心。
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