4 周变 60 小时、成本降低 67%：IDEC 用 FDM 3D 打印革新航空复材工装

对于航空复合材料制造来说，工装必须满足的不只是尺寸和精度要求。

高温、高压、材料特性乃至特殊的加热方式，都可能对工装提出更严苛的要求。当传统铝制工装和环氧树脂都无法很好地满足需求时，3D 打印能否成为另一种选择？

西班牙航空航天复合材料解决方案供应商 IDEC 与先进制造服务商 Wehl & Partner 给出了答案：借助 Stratasys F900 3D 打印机和 ULTEM™ 1010 树脂，团队将原本至少需要 4 周制造的预成型工装缩短到 60 小时，同时相比 CNC 加工铝制工装，成本最高降低 67%。

当金属和传统环氧树脂都不适用

IDEC 希望探索树脂传递模塑（RTM）技术，以测试新的复合材料和成型工艺，并制造曲面飞机机翼。其中一个关键环节，就是制造用于复合材料铺层的预成型工装。

传统预成型工装通常使用铝等金属或环氧树脂制造，但这个项目有一个特殊要求：团队需要利用电流直接加热复合材料织物。

这让常规材料遇到了难题。

铝具有较高导电性，并不适合这一加热方式；而 IDEC 当时可以使用的标准环氧材料，在温度超过 140°C 后无法提供所需的耐受性和稳定性。项目实际需要在 150–180°C 的温度环境下直接加热复合材料织物。

采用能够耐受更高温度的特殊环氧树脂并非完全不可行，但成本过高，难以满足项目的经济性要求。

因此，团队需要找到一种同时满足耐高温、机械性能和非导电特性的替代方案。

F900 + ULTEM™ 1010，重新设计预成型工装

在 Wehl & Partner 的帮助下，IDEC 开始探索利用 FDM® 增材制造生产预成型工装。

团队最终选择 ULTEM™ 1010 树脂。该材料具备良好的耐化学性和耐高温性能，可以承受 150°C 以上的温度，同时具备项目所需要的非导电特性和机械性能。

利用 Stratasys F900 的大尺寸构建能力，Wehl & Partner 直接制造出了项目所需的大型预成型工装。打印出的工装拥有平滑的表面，有利于碳纤维材料贴合和后续成型；同时其强度和稳定性也意味着这并不是一套“一次性”工装。根据 IDEC 的实际使用情况，该工装至少可以重复使用 25 个周期。

60 小时完成工装，复材加热从 1 小时缩短至 10 分钟

真正明显的变化首先发生在工装制造周期。

使用 Stratasys F900 后，这套大型预成型工装仅用了 60 小时便完成生产。而按照 Wehl & Partner 的估算，如果选择 CNC 加工方式制造同类零件，至少需要 4 周。

但增材制造对整个复合材料成型流程的影响并没有停留在工装生产阶段。

ULTEM™ 1010 的材料特性使团队能够将电流直接通过复合材料织物进行加热，由此将复合材料加热阶段从原先的 1 小时缩短到了仅 10 分钟。与此同时，与 CNC 加工铝制工装相比，该方案还帮助团队将制造成本最高降低 67%。

从 4 周到 60 小时，从 60 分钟到 10 分钟，再到最高 67% 的成本节省，这次应用带来的并非单一工序的效率提升，而是从工装制造到复合材料成型环节的一系列改变。

对于航空航天这样的高要求制造领域，增材制造的价值也不只是“把工装打印出来”。当材料性能、设备能力与具体工艺需求相匹配，3D 打印同样可以成为优化传统复合材料制造流程的一种有效方式。